Что такое выбор линейной последовательности на светодиодах

Виды светодиодов, параметры, маркировка

Сегодня на рынке осветительных приборов очень много именно светодиодных светильников. Эти устройства нового поколения очень популярны и используются для домашнего и городского освещения, в качестве подсветки матриц технических устройств. По размерам, техническим характеристикам и функционалу светодиоды очень разнообразны, выбирают их из-за хорошей энергоэффективности и широкой области применения. Перед покупкой важно знать, какие бывают виды светодиодов и чем отличаются диоды в зависимости от параметров.

Что такое светодиод? Это прибор-полупроводник, особенностью которого является преобразование электрического тока в световое видимое излучение. Используемое обозначение ЛЕД или light-emittingdiode переводится как «светоизлучающий диод».

Каждая модель светодиодов состоит из следующих элементов:

• катода – отвечает за подачу отрицательной части волны постоянного тока на полупроводниковый кристалл;
• анода – отвечает за подачу на кристалл положительной части волны;
• рассеивателя – увеличивает угол свечения;
• рефлектора – отражает поток света на рассеиватель;
• чипа полупроводника или кристалла – осуществляет излучение светового потока, используя для этого процесса p-n переход.

Внутри конструкции установлены 2 полупроводника, и каждый легирован разными примесями. В одном содержатся свободные электроны, во втором – отверстия. Благодаря этому обеспечивается p-n переход между полупроводниками во время перехода электронов от донора к реципиенту.

Изначально светодиоды использовались только как индикаторы на аппаратуре и оборудовании. При этом светоизлучающие диоды обладали небольшой яркостью и свечение можно было увидеть лишь в темноте. Такие изделия отличались выводной конструкцией. Она представляла собой круглый корпус, из которого выходили два вывода (анод и катод).

Но благодаря развитию технологий и тому факту, что у людей росла необходимость в альтернативных источниках освещения, стали появляться более яркие и мощные виды светодиодов.

В результате многолетние разработки специалистов принесли хорошие результаты – это SMD-диоды и многокристальные COB-диоды. Они применяются в современных светильниках, люстрах, прожекторах; при этом выгодно отличаются от ламп накаливания и галогеновых ламп тем, что обладают большей светоотдачей и яркостью, которая может достигать нескольких тысяч люменов.

Все светодиоды подразделяются на группы, и, исходя из параметров, можно выбрать прибор для определенного случая и цели, зная, какие бывают светодиоды. Групп этих всего две:

• индикаторные – маленькие диоды с небольшой мощностью, умеренной яркостью. Используют их для подсветки приборных панелей, цветовой индикации;
• осветительные – бывают разной мощности, до нескольких десятков Ватт, благодаря чему обеспечивается яркость и свечение высокой интенсивности. Применяют в лампах для освещения помещений, при создании светодиодных лент, внутри фар и различных приборов.

Основные типы светодиодов

Существует три основных типа светодиодов, которые различаются между собой по форме и функциональности. Как узнать, какой светодиод стоит в лампе? Важно уметь различать их по типу.

Выводные светодиоды

Такие диоды оснащены специальными «ножками», предназначенными для монтажа в отверстия печатной платы. Используются для подсветки и индикации, но есть отдельные модификации, применяемые для установки в бытовые фонари, переносные светильники, «лазерные» указки. Выпускаются выводные светодиоды в трех типовых модификациях:

• круглые (на 3, 5, 8 мм);
• цилиндрические;
• прямоугольные «Пиранья».

SMD-светодиоды

Используются очень широко, являются основой лампочек общего свечения, систем аварийного освещения и индикаторных панелей. Особенно популярны светодиодные ленты на SMD-диодах, которые выпускаются в виде линеек и модулей, с применением планарных светодиодов. Считаются наиболее универсальными, с прочным корпусом и высокой энергоэффективностью и длительным сроком службы.

Устанавливаются на плату с использованием поверхностного монтажа. В основе диода установлен светодиодный чип (кристалл), который установлен в корпусе квадратной или прямоугольной формы. Минусовой и плюсовой выводы сделаны в виде металлических полосок.

SMD- светодиоды создаются в 4 этапа:

• выращивание кристалла;
• планарная обработка пленки;
• бинирование (сортировка чипов по бинам (категориям));
• размещение полученных чипов в специальном корпусе.

Выращивание кристаллов осуществляется с помощью технологии, которая использует металлоорганическую эпитаксию. Это послойное наращивание структуры кристалла, создание контактных отводов от каждого p-n перехода.

На поверхность готового чипа наносится оптическое покрытие, в основном, это люминофор. На мощных светоизлучающих диодах устанавливается пластиковая фокусирующая линза, формирующая диаграмму направленности светового потока.

COB-светодиоды

На общей подложке COB-матрицы размещено большое количество светодиодных элементов. Это обеспечивает более высокую плотность кристаллов на единицу площади, если сравнивать с SMD-технологией.

Такая компактная матрица излучает световой поток хорошей однородности и интенсивности. Подложка выполняется из керамики или алюминия, заливается герметично люминофором. Чтобы излишки тепла были отведены, плата монтируется на радиатор.

COB-диоды соединяются последовательно в кластеры. Соединение созданных цепочек параллельное, в соответствии с требуемой выходной мощностью/яркостью.

Основные параметры светодиодов в светодиодных лампах, ленте, светильниках

Выбирая светодиоды, необходимо обращать внимание на параметры светоизлучающих диодов, установленных в нем. Существует несколько основных параметров.

Ток

У однокристальных светодиодов средняя величина рабочего тока, она варьируется в пределах 200 mA. В чипах многокристальных эта величина более высокая. Если ток, выдаваемый драйвером (блоком питания), нестабилен, это приводит к негативному воздействию на интенсивность свечения и срок службы светодиодов. Увеличение тока является причиной увеличения оттенка и световой температуры свечения чипа.

Напряжение

Питание светодиодов – это специальные драйверы, которые обеспечивают стабильность тока. Напряжение для каждой модели различается. Светодиодная лента запитывается стабилизированным напряжением.

Цвет	Напряжение	Длина волны
Инфракрасный	до 1.9 В	от 769 нм
Красный	от 1.6 до 2.03 В	610-760 нм
Оранжевый	от 2.03 до 2.1 В	590-610 нм
Желтый	от 2.1 до 2.2 В	570-590 нм
Зеленый	от 2.2 до 3.5 В	500-570 нм
Синий	от 2.5 до 3.7 В	450-500 нм
Фиолетовый	от 2.8 до 4 В	400-450 нм
УльтраФиолетовый	от 3.1 до 4.4 В	до 400 нм
Белый	от 3 до 3.7 В	широкий спектр

Мощность светодиода

Такой параметр, как мощность, необходим для расчета нагрузки и подбора блока электропитания. Его вычисление производится с помощью простой формулы P = U х I.

Мощность led может быть:

• малая – менее 0,5 ватт;
• средняя – 0,5-3 ватта;
• большая – от 3 ватт.

Световой поток

Световой поток формируется светодиодами, угол рассеивания составляет 100-120 градусов. Для обеспечения лучшей фокусировки излучения осуществляется установка специальных купольных линз.

Цветовая температура

Комфортность зрительного восприятия искусственного светодиодного освещения зависит от цветовой температуры. Сегодня можно приобрести линейки светоизлучающих диодов различных оттенков белого свечения:

• теплый – 2700-3500 Кельвинов;
• нейтральный/дневной –23500-5000 Кельвинов;
• холодный – выше 5000 Кельвинов.

Габариты

Светодиоды бывают различных габаритов и типоразмеров. Чтобы определить точную модификацию SMD-светодиода, необходимо провести измерения длины и ширины изделия.

Виды SMD светодиодов и их особенности

SMD-светодиоды различаются по особенностям исполнения. Существует несколько классификаций и наиболее популярных моделей, которые используются в различной продукции светотехники.

Одно-, двух-, трехкристальные SMD светодиоды

Если говорить об однокристальных светодиодах, они состоят только из одного монохромного кристалла и различаются по степени мощности/яркости. Модели малой мощности потребляют ток до 20 мА, выдавая световой поток величиной 5-50mCd и 100-2000mCd, в зависимости от модификации. Кристалл закрывается линзой сферической или плоской формы. Более мощные светодиоды потребляют ток 50 мА — 1 А, дополнительно им необходима конструкция эффективного теплоотвода.

Многокристальные светодиоды могут содержать различное количество кристаллов, что дает возможность обеспечить необходимую яркость и цветовую палитру свечения. Рабочее напряжение бывает разным и устанавливается производителями.

Цвет свечения

Выпускаемые светодиоды бывают двух видов, которые различаются между собой способом цветообразования:

• одноцветные – создаются на основе однокристальных чипов, которые дают свечение белого, желтого и других основных цветов;
• мультицветные – оснащены трехкристальной структурой, которая состоит из чипов, светящихся такими цветами, как зеленый, красный, синий. Это базовые цвета, они смешиваются, что позволяет создавать сотни оттенков. Потоки света от 3 кристаллов соединяются в один пучок света с помощью оптической линзы либо без нее, за счет пространственного сложения. Для возможности регулировки яркости и цветовой палитры используется RGB-контроллер.

Типоразмер

Типоразмеры SMD-светодиодов кодируются четырехзначными числами, обозначение которых – это их линейные размеры. Самыми распространенными вариантами являются следующие из них:

• SMD3528 – модель малой мощности с низкой энергоэффективностью. Это решение экономично по стоимости и подходит для неярких светодиодных лент. Корпус прямоугольной формы размером 3,5х2,8х1,4 мм;
• SMD5050 – чип, состоящий из 3 кристаллов 3528 с зеленым, красным, синим свечением, суммарная яркость увеличена в 3 раза. Корпус квадратный с шестью выводами, размеры 5,0х5,0х1,6 мм;
• SMD2835 – однокристальный чип с небольшим энергопотреблением, при этом мощность достаточно высокая. Увеличение площади контактов позволяет улучшить отвод тепла. Слой люминофорного покрытия увеличивает интенсивность светового потока. Размер 2,8х3,5х0,8 мм;
• SMD5630 – разновидность мощного светоизлучающего прибора с высокой степенью яркости. Оснащен четырьмя выводами. Размер 5,6х3,0х0,77 мм;
• SMD5730 – почти полный аналог SMD5630. Есть модификации 5730-05 и 5730-1;
• SMD3014 – мощный источник светодиодного излучения, величина светового пучка составляет 9-11 люменов. Выпускаются на базе чипов, с различным количеством кристаллов. Увеличенная площадь теплоотводящей подложки обеспечивает эффективный отвод тепловой энергии.

Есть SMD-светодиоды с типоразмером типоразмера 3030, 7020, 8520, они используются редко. Время от времени производители выпускают новые модификации светодиодов с другими типоразмерами, их параметры существенно различаются.

Как правильно расшифровать маркировку?

Маркировка SMD-светодиодов важна и предоставляет пользователю информацию об изделии. Для примера можно взять светодиод с маркировкой SMD 2835 UWC 5.

Расшифровка будет следующей: типоразмер 2835 с габаритами 2,8×3,5 мм, мощностью 0,5 Вт, оттенок свечения белый.

Тип SMD	Габариты, мм	Кол-во кристаллов
3528	3,5х2,8х1,4	1
5050	5х5х1,6	3 / 4
5630	5,6х3х0,75	1
5730	5,7х3х0,75	1 / 2
3014	3х1,4х0,75	1
2835	2,8х3,5х0,8	1

Как определить светодиод по внешнему виду?

Для определения светодиода по внешнему виду необходимо измерить размеры диода, используя обычную линейку. Размеры просматриваются в таблице, и определяется тип изделия, описание его параметров.

Как определить полярность светодиода?

В прозрачном корпусе выводного светодиода можно увидеть анод и катод характерной формы. На SMD-корпусах есть угловой срез, он указывает на катодный вывод. На тыльной стороне имеется площадка теплоотвода, смещенная в сторону анода.

Еще один указатель полярности – пиктограммы. Они бывают в виде треугольника, букв Т и П. Направление буквенных выступов и вершины треугольника указывает на катод.

Достоинства и недостатки светодиодов

У светодиодов имеются как преимущества, так и недостатки. Рассмотрим их подробнее.

• у выводных типов LED плюсом является низкая стоимость, при этом имеется очевидный минус – малая яркость.
• SMD-светодиоды просты в ремонте и замене, стоят недорого и надежны в эксплуатации, обладают высокой светоотдачей. Недостатков у такого типа LED не обнаружено.
• COB-светодиоды служат долго – до 50 000 часов, равномерность свечения у них лучшая и высокий CRI, но ремонт и замена отдельных диодов невозможна, и стоят COB-светодиоды дорого.

В нашем каталоге вы можете ознакомиться с широким ассортиментом офисных светильников и светильников для потолка Армстронг, изготовленными из лучших светодиодов.

Последовательное или параллельное подключение светодиодов?

В светильниках и фонариках применяется две схемы – последовательное и параллельное соединение светодиодов. У этих схем есть масса вариаций и комбинированных вариантов, каждый из них имеет свои преимущества и недостатки.

Чтобы понять какая схема соединений лучше – нужно узнать, что такое вольт-амперная характеристика и какая она у LED.

Основные теоретические вопросы

Вольт-амперная характеристика (сокр. ВАХ) – это график отображающий зависимость величины тока протекающего через любой прибор от напряжения, приложенного к нему. Простая и очень ёмкая характеристика для анализа нелинейных компонентов. С её помощью можно выбрать режимы работы, и определить характеристики источника питания для прибора.

Взгляните на пример линейной и нелинейной ВАХ.

График под номером 1 на рисунке отображает линейную зависимость тока от напряжения, такую имеют все приборы резистивного характера, например:

• Лампа накаливания;
• обогреватель;
• резистор (сопротивление);

График номер 2 – это ВАХ характерная для p-n переходов диодов, транзисторов и диодов.

Подробнее о работе диодов

Какое выбрать подключение светодиодов: последовательно или параллельно? Это сильно зависит от условий работы и источника питания, а также системы стабилизации напряжения и тока. Для правильного выбора нужно рассмотреть оба варианта.

Изначально шла речь о вольт-амперной характеристике не просто так, рассмотрим подробно её форму для Led приборов.

Обратите внимание, что в области напряжений ниже чем 2,5В, ток через светодиод протекает крайне малый или вообще не протекает. Преодолев уровень в 2,5 вольта через диод начинает протекать ток и он зажигается на участке от 2,5 до 3 вольт. После этого уровня ток начинает стремительно нарастать.

Для 5 мм диодов белого свечения рабочий ток – 20мА при 3В, а при 3.5 вольта ток будет равняться 80 мА, что в четверо превышает номинал.

Яркость диода хоть и зависит от протекающего через него тока, но при чрезмерно больших значениях LED светится не намного ярче, чем при номинале. Поэтому не стоит экспериментировать с высоким показателями – ваши диоды просто перегорят.

Значения напряжений могут различаться в зависимости от типов и конструкции LED, на это влияет их количество в одном корпусе, цвет, и даже материал который был выбран в качестве основы чипа.

Как правильно подключать?

При параллельном соединении светодиодов нужно пользоваться ограничительным резистором для каждого из диодов, как изображено на рисунке ниже. Это даёт возможность установить ток для каждого из элементов электрический схемы.

Ниже схема НЕ правильного подключения резистора в цепь.

При параллельном подключении светодиодов и любых других потребителей, напряжение на их выводах будет равным. С одной стороны это хорошо, но не для диодов. Каждый светодиод, даже набор взятый из одной партии, имеет небольшой технологический разброс параметров. Напряжение, необходимое для достижения номинального тока, может незначительно отличаться в пределах десятых долей вольта.

Выше вы видели вольт-амперную характеристику прибора и легко сделаете вывод, что незначительное превышение номинального напряжения ведет к лавинообразному росту тока и перегреву. Некоторые предлагают исключить и резистор из этой схемы, такое соединение светодиодов самое неудачное!

Общий ток в цепи равен сумме токов в каждой из ветвей параллельной цепи. Если выбирать, как соединять светодиоды для работы в цепи с повышенным напряжением (6 и более вольт), лучше использовать последовательное соединение.

Последовательное подключение диодов

При такой схеме вы можете использовать диоды в цепях с любым напряжением.

Напряжения между элементами распределятся в нужном количестве, а ток вы зададите резистором. Параллельное включение светодиодов не позволяет добиться такого результата. При последовательном подключении общий ток цепи будет равным току через один из элементов.

Онлайн калькулятор для расчета резистора

Тип соединения:	Один светодиод Последовательное соединение Параллельное соединение
Напряжение питания:	Вольт
Прямое напряжение светодиода:	Вольт
Ток через светодиод:	Милиампер
Количество светодиодов:	шт.
Результаты:
Точное значение резистора:	Ом
Стандартное значение резистора:	Ом
Минимальная мощность резистора:	Ватт
Общая потребляемая мощность:	Ватт

Варианты соединений

Чтобы выполнить последовательное соединение светодиодов на 220В, воспользуйтесь схемой ниже.

В данном случае в большей степени ограничивает ток конденсатор С1, он играет роль реактивного сопротивления. Подробнее о расчете конденсатора мы писали в статье. Для получения необходимого значения емкости конденсатора воспользуйтесь онлайн калькулятором:

Так вы можете подключить даже один светодиод.

Если вы хотите собрать схему последовательного соединения светодиодов на 100 вольт постоянного напряжения, в цепь нужно включить порядка 30 светодиодов. Тогда необходимое напряжение будет порядка 90 вольт. Расчёт резистора выполнить по формуле в предыдущих разделах статьи.

Конденсатор нужен для сглаживания пульсаций тока, резистор стоящий параллельно – для разряда конденсатора после отключения прибора, в целях безопасности. Если источник питания достаточно стабилизирован их можно исключить.

Альтернативный тип подключения

Последовательно-параллельное соединение светодиодов – встречается в прожекторах и других мощных светильниках, работающих как от постоянного, так и от переменного напряжения.

Как видите, матрица поделена на ветки, каждая из которых имеет токоограничивающий резистор. Конкретный экземпляр предназначен для замены штатной лампы плафона в салоне автомобиля. Если один диод выйдет из строя – одна цепь перестанет гореть, а остальные цепочки продолжат свечение.

Если вы не можете определиться, как подключить светодиоды последовательно или параллельно, есть альтернативный вариант — гибридное соединение. С первого взгляда непонятно в чем смысл.

Гибридный вариант принял достоинства от последовательного и параллельного соединения светодиодов. Схема будет работать полностью, даже если один из элементов в цепи перегорит, в тоже время остальные элементы не испытают перегрузки. Напряжение на каждом сегменте будет ограничено светодиодом с наименьшим падением.

Чтобы собрать светильник правильно, а LED работали долго и не перегревались, нужно определиться как подключать светодиоды — последовательно или параллельно. Вы ознакомились с сильными и слабыми сторонами каждого из вариантов. Благодаря полученным знаниям можно выполнить ремонт LED лампы или прожектора.

ДЛЯ ВАС ПО ТЕМЕЕЩЕ ОТ АВТОРА

Требования к оборудованию для баров и ресторанов

Как правильно подключить RGB светодиодную ленту к контроллеру. Правильные схемы с описанием

SMD 3528, 5050, 5630, 5730 параметры и технические характеристики

Правильный расчет резистора для светодиода, подбор резистора по цветовой маркировке + онлайн калькулятор

3 способа замены галогеновых ламп на светодиодные в люстре

КПД светодиодного светильника (светодиод + питание + форм-фактор)

10 КОММЕНТАРИИ

1. Кирилл 11 января, 2018 at 11:24

Фигово сделан светильник.
Надо оставлять как можно больше металла на плате, чтоб улучшить теплоотвод.

Сколько смотрю схемы включения светодиодов, но так и не понял: зачем нужен токоограничивающий резистор, если при последовательном соединении сумма падений напряжений помещается в рабочий диапазон? К примеру 12В/4шт=3 вольта на каждом, или вполне так себе в рабочем диапазоне, судя по опыту и графику в статье: примерно семнадцать миллиампер, при том что светодиоды повышенной яркости нормально работают и при двадцати. Просто для страховки?

Тоже в недоумении, как и Дмитрий. Снял свою люстру специально посмотреть, каким образом осуществлен первый режим ее включения — светодиодный. Что выяснил: пребразователь-выпрямитель от сети ~220 выдает постоянное 265V. 93 светодиода в последовательной цепи без всяких резисторов. Снял показания: падение напряжения на каждом скачет в пределах примерно 2,7-2,9V, ток цепи 0,053А (тоже нестабилен, меняется в пределах +-0,004А). Прихожу к выводу, что в схеме выпрямиться стабилизатора тока нет (вскрывать не стал, т.к неразборная конструкция). Почитал инетик — везде однозначно утверждается, что такой режим работы светодиодов крайне нежелателен: скачки тока, да еще и его завышение относительно номинального 0,02А для белых диодов в 2,5 с лишним раза! Однако этот режим включения люстры используется всегда и подолгу, работает она уже лет 7, и не похоже, чтобы собиралась перегорать. Диоды — 5-и миллиметровые «соломенные шляпки». Короче, непонятно мне, как так… Буду благодарен, если кто-нибудь разъяснит это всё.

Сейчас объясню. Весь интернет забит полубреднями на тему подключения светодиодов. Ключевая фраза: «Светодиоды питаются током». ****** необразованные. В электронике ВСЁ питается током! Все схемы рассматриваются с точки зрения прохождения ТОКА! Ну да ладно. Теперь по существу. Светодиоды МОЖНО запитывать без резистора. МОЖНО. Это я для интернетных упорошей такими большими буквами написал. Ещё раз повторю — можно. Но есть нюансы.
1. Вы должны четко соблюсти температурный режим. То есть ни при каких условиях не допускать перегрева. При перегреве меняется ток потребления, а компенсировать нечем. Светодиод сдохнет.
2. Вы имеете гарантированное, стабилизированное напряжение питания. При превышении напряжения меняется ток потребления, а компенсировать нечем. Светодиод сдохнет.
3. Не используете светодиоды в предельном режиме. У светодиода со временем присутствует некоторая деградация параметров и можно выскочить за приемлемый ток. Далее лавинообразное увеличение тока а компенсировать нечем. Светодиод сдохнет.
4. Без токоограничивающих резисторов или источников питания можно не попасть в приемлемый токовый диапазон питания светодиодов. К примеру напряжение питания 5В. А светодиод у вас потребляет номинальный ток при 3,4. Что будете делать? Поставить два? Будет не хватать и может плохо светить. А если один, то сгорит.
Поэтому чтобы получить от светодиода номинальную отдачу придется или делать нестандартное напряжение питания под конкретный светодиод или вводить токоограничивающие элементы.
Вот так вот всё просто. ��
Это кстати единственное ВМЕНЯЕМОЕ объяснение во всём рунете.

• Платон 2 марта, 2018 at 04:04

Лично я иногда использую схему без резистора.
Например заменил лампочки в салоне УАЗ + установил дополнительное освещение (для работы со сваркой).
Но не так все просто, да я убрал токоограничивающий резистор, включил 3 светодиода последовательно, НО для стабилизации применил 7809 с регулировкой (резисторы в цепи минуса), таким образом подбирается оптимальный ток.
Для светодиодов 5730 ток в пределах 80 мА (на радиаторе) и вполне нормально работает много лет ��

Ты гадёныш !
ОТКУДА родом — ты не из РОССИИ.
все лампочки в продаже из—— ДОГАДАЙСЯ?——Китай
все фонарики и другое свето——-ИЗ КИТАЯ
Раша — (НАКЛЕЙКИ приклёпывает)
НА али заказал УФ фонарик-прислали ,недорого,упакован.
на почте вскрывать не стал. ПОЖАЛЕЛ ! что не вскрыл…..
Корпус фонарика поцарапан линза стекла косо стоит.
при вставке бат— нет свет.
доработка на 400 руб.
форнарик 50руб.
ЭТО ДВИГАТЕЛЬ ОТ *РОСНАНО*

Михаил, не надо быть таким категоричным. Похоже Вы просто не в курсе, что есть источники тока и источники напряжения. Так вот, светодиодные лампы правильнее питать от источника тока(питать током). Это делает работу ламны слабо зависимой от температуры. При её изменении меняется падение прямого напряжения и, соответственно, при использовании источника напряжения резко меняется ток. При питании от источника тока, такого не происходит. При закорачивании вышедшего из строя светодиода (при питании током), ток через оставшиеся светодиоды изменится незначительно. Зависит от качества источника.
Учите матчасть :))

• Сергей 17 февраля, 2021 at 14:28

Вы наверное сами не знаете, но источники тока стабилизируют ток УМЕНЬШАЯ НАПРЯЖЕНИЕ, или УВЕЛИЧИВАЯ НАПРЯЖЕНИЯ. Посмотрите на блоки питания для светодиодов, там указана разбежка напряжения 60-120 вольт, и ФИКСИРОВАННЫЙ ТОК 120 миллиампер. Когда вы подключите к нему светодиодную ленту, блок чтобы установить 120 миллиампер, будет подбирать НАПРЯЖЕНИЕ, при котором будет установлен именно этот ток в 120 миллиампер. Если вы потом померяете напряжение, оно скажем будет на ленте 80 вольт и ток в цепи будет 120 миллиампер.
ТАК ВОТ! Что вам мешает подать на ленту сразу 80 вольт при которых на ленте и будет этот ток в 120 миллиампер! А другого собственно быть и не может. Единственно что надо убедиться это как сказал михаил чтобы в процессе работы ленты она не перегрелась, не изменилось сопративление её диодов и ток не увеличился выше 120 миллиампер. Если это соблюдается, то можно питать ленту от ФИКСИРОВАННОГО НАПРЯЖЕНИЯ при котором через ленту будет течь ток в 120 миллиампер.

Покорнейше прошу простить, что не по теме — не терпится выговориться.
Прочитал статью, ответы, рекламы и прочее… Вдруг — опрос! Компоратор мне в ионизатор, думаю: непременно проголосую, не за поправки же…
И вопрос для такого сайта не праздный. Внимательно прочитал, обдумал не спеша, за сигареткой…
Решился, ответил, с трепетным вниманием прочëл результаты…
И на тебе: кнопка «пере голосовать»
.

Последовательное соединение диодов можно рассматривать как один диод, у которого увеличивается такой важный параметр, как обратное напряжение диода Uобр. И увеличивается он пропорционально количеству соединённых диодов. Шунтирование диодов
Характеристики любых, даже однотипных диодов всегда будут несколько отличаться. При последовательном соединении диодов этот факт необходимо обязательно учитывать. Каждый диод в обязательном порядке имеет некое внутреннее сопротивление, которое очень сильно отличается для проводящего и непроводящего состояния. К примеру, падение напряжения на внутреннем сопротивлении диода при его прямом смещении составляет всего около 0.3 В. Но при соединении диодов последовательно важную роль играет не прямое, а обратное сопротивление. При этом обратное напряжение распределяется по диодам неравномерно. Оно будет максимально на том диоде, у которого окажется максимальное обратное сопротивление. Это может привести к пробою диода с большой вероятностью. Чтобы избежать такой аварийной ситуации проводят шунтирование диодов. Каждый из последовательно соединённых диодов шунтируется своим резистором. Резисторы ставят высокоомные и маломощные.
Как правило, такие резисторы имеют сопротивление в районе 510 КОм. Это шунтирование обеспечивает выравнивание напряжения на соединённых диодах.
Актуально и к светодиодам, параметрьі резисторов рассчитать под напряжение цепи питания.

Последовательное и параллельное подключение светодиодов

При конструировании различных электронных устройств часто возникает необходимость в последовательном, параллельном или комбинированном включении элементов. Не стали исключением и светодиоды. Учитывая их небольшие размеры, а также с целью повышения яркости, в одном корпусе осветительного прибора можно разместить несколько LED-чипов.

Как правильно собрать электрическую цепь, чтобы надёжность схемы была на высоком уровне? Что нужно знать о светодиодах, соединяя их параллельно или последовательно?

Параллельное соединение

Необходимость в параллельном включении возникает в случае, когда напряжения источника питания недостаточно для запитки нескольких последовательно соединённых светодиодов. Теоретически, в самом простом варианте можно было бы отдельно объединить все аноды и все катоды излучающих диодов. После чего подключить их к источнику напряжения с соблюдением полярности. Но такая схема не работоспособна, так как дифференциальное сопротивление открытого светодиода чрезмерно мало, что провоцирует режим короткого замыкания. В результате все светодиоды в цепи единожды вспыхнут и навсегда погаснут.

Но как говорят: «Правило без исключений не бывает». В китайских игрушках и зажигалках с подсветкой можно увидеть, что светодиоды запитаны прямо от батареек без каких-либо промежуточных элементов. Почему они не перегорают? Дело в том, что ток в цепи ограничен внутренним сопротивлением круглых батареек типа AG1. Их мощности недостаточно, чтобы нанести вред светодиоду.

Ограничить резкое нарастание тока в нагрузке можно с помощью резистора. О том, как это грамотно сделать с одним светодиодом, подробно написано в данной статье. Для цепи из нескольких параллельно подключенных LED с одним резистором схема примет следующий вид. Но и этот вариант не пригоден для конструирования осветительных устройств с высокой надёжностью. Почему? Ответ на этот вопрос кроется в особенностях строения полупроводников. В процессе производства полупроводниковых элементов невозможно получить два абсолютно одинаковых прибора. Даже у светодиодов из одной партии будет разное дифференциальное (внутреннее) сопротивление, от которого зависит величина прямого напряжения. Это касается не только светодиодов, но и других полупроводников. Среди диодов, транзисторов и тиристоров тоже не найти двух приборов с равными электрическими параметрами.

Из второй схемы видно, что резистор R1 ограничивает только суммарный ток цепи, который затем распределяется по ветвям со светодиодами в зависимости от их сопротивления. По закону Ома светодиод с наименьшим сопротивлением p-n-перехода получит наибольшую порцию тока. И скорее всего он будет больше номинального значения, что ускорит деградацию кристалла. Работа светодиода в режиме перегрузки по току рано или поздно приведёт к выходу из строя на обрыв. Оставшиеся в работе светодиоды распределят между собой ток сгоревшего элемента, что также приведёт к резкой потере яркости.

Как и в первом варианте, китайцы не стесняются конструировать светильники на базе «полурабочих» схем. Схему с одним резистором часто можно встретить в дешёвых фонариках и маломощных светильниках на пальчиковых батарейках. А чтобы светодиоды проработали хотя бы год, сопротивление резистора умышленно завышают, как бы, исключая возможные перегрузки.

Ниже приведен единственно верный вариант параллельного включения светодиодов. Здесь последовательно с каждым светодиодом подключен ограничительный резистор. Такое схемотехническое решение позволяет выровнять токи в каждой отдельной ветви, не позволяя им превышать рабочее значение.

Подключать светодиоды через резистор рекомендуется только от стабилизированного источника постоянного напряжения.

Пример расчета

Для закрепления теоретических знаний параллельное соединение светодиодов рассмотрим на конкретном примере. В схеме включены два светодиода: слаботочный красный и мощный одноваттный белый, которые для удобства можно запитать от разных выключателей.

• источник напряжения U = +5 В;
• LED1 – красного свечения с U_LED1 = 1,8 В и I_LED1 = 0,02 А;
• LED2 – белого свечения с U_LED2 = 3,2 В и I_LED2 = 0,35 А.

Требуется рассчитать параметры и выбрать резисторы R1 и R2.

При параллельном включении к обеим ветвям (R1-LED1 и R2- LED2) прикладывается одинаковое напряжение, равное 5 В. Сопротивление каждого резистора определим по формуле: Округляем полученное значение R2 до ближайшего большего значения из стандартного ряда E24 – 5,1 Ом. Подставив его обратно в формулу, находим реальный ток во второй ветви: С учетом возможного отклонения сопротивления выбранного резистора, которое для ряда Е24 может достигать 5%, ток 0,33 А является оптимальным. Снижение рабочего тока примерно на 4% сильно не повлияет на яркость, но позволит светодиоду работать без перегрузок.

Мощность, которую должны рассеивать резисторы, определим с учетом пересчёта тока LED2 по формуле: Резистор R1 подойдёт любой как планарный, так и с выводами сопротивлением 160 Ом и мощностью 0,125 Вт. Корпус резистора R2 должен эффективно отводить тепло в течение длительной работы светильника. Поэтому его выбираем с двойным запасом по мощности, а именно: 5,1 Ом – 1 Вт.

Последовательное соединение

В последовательном включении светодиодов нужно соблюдать правило: «Напряжение источника питания должно быть больше суммы падений напряжений на светодиодах». Остаток напряжения в неравенстве гасится одним единственным резистором R, правильное включение которого показано на схеме. Все светодиоды подключаются поочередно от анода к катоду. Сопротивление резистора задаёт ток цепи. Это значит, что соединять последовательно можно светодиоды только с одинаковым рабочим током.

Пример расчета

Расчет сопротивления и мощности резистора проведём на примере включения трёх белых светодиодов из серии Cree XM-L, для которых характерным является ток I_LED = 0,7 А и прямое напряжение U_LED = 2,9 В. Взяв за основу цветовую температуру и требуемую яркость, можно последовательно подключать светодиоды из разных групп в пределах серии XM-L. Например, один Cree XM-L-T6 с ТС=5000°K и два Cree XM-L-T2 с ТС=2600°K, которые в итоге дадут мощный поток нейтрального света. Питание на схему поступает от блока стабилизированного напряжения U = +12 В. Сопротивление резистора находим по закону Ома: Ближайший стандартный номинал – 4,7 Ом, при котором ток теоретически будет равен 0,702 А. Это не критично, но следует быть уверенным, что сопротивление резистора не изменится под влиянием температуры во время работы. Поэтому устанавливать нужно либо прецизионный резистор с допуском менее 1%, либо последовательно с R1 = 4,7 Ом запаять ещё одно сопротивление 0,1-0,2 Ом такой же мощности.

Найдём мощность резистора: По аналогии с расчётами для первой схемы устанавливать нужно резистор примерно с двойным запасом по мощности, то есть один на 5 Вт. Можно его заменить на два штуки по 2 Вт, но тогда придётся пересчитать сопротивление.

Два важных момента

В момент первого включения желательно измерить мультиметром ток в цепи и падение напряжения на каждом светодиоде. Если полученные данные будут отличаться от расчётных, то нужно пересчитать сопротивление резистора. Иначе, ток в схеме может оказаться слишком заниженным (с потерей яркости) или завышенным (с перегревом чипа светодиода).

Как в последовательном, так и в параллельном включении светодиодов нельзя делать расчеты, ссылаясь исключительно на способность источника питания обеспечить нужный ток или напряжение. Важны оба этих параметра, произведение которых даёт мощность. Мощность блока питания всегда должна быть больше мощности потребления, чтобы гарантировать стабильную и продолжительную работу всего устройства.

Что такое выбор линейной последовательности на светодиодах

Методы регулировки яркости для импульсных драйверов светодиодов

Если упустить подробности и объяснения, то схема регулировки яркости светодиодов предстанет в самом простом виде. Такое управление отлично от метода ШИМ, который мы рассмотрим чуть позже. Итак, элементарный регулятор будет включать в себя всего четыре элемента:

• блок питания;
• стабилизатор;
• переменный резистор;
• непосредственно лампочка.

И резистор, и стабилизатор можно купить в любом радиомагазине. Подключаются они точно так, как показано на схеме. Отличия могут заключаться в индивидуальных параметрах каждого элемента и в способе соединения стабилизатора и резистора (проводами или пайкой напрямую).

Собрав своими руками такую схему за несколько минут, вы сможете убедиться, что меняя сопротивление, то есть, вращая ручку резистора, вы будете осуществлять регулировку яркости лампы.

В показательном примере аккумулятор берут на 12 Вольт, резистор на 1 кОм, а стабилизатор используют на самой распространенной микросхеме Lm317. Схема хороша тем, что помогает нам сделать первые шаги в радиоэлектронике. Это аналоговый способ управления яркость. Однако он не подойдет для приборов, требующих более тонкой регулировки.

Введение

Экспоненциальный рост светодиодного освещения сопровождается расширением выбора микросхем для управления светодиодами. Импульсные драйверы светодиодов давно заменили линейные источники тока, которые потребляют значительно больше энергии. Все приложения — от карманного фонаря до табло стадионов — требуют точного управления стабилизированным током. Во многих случаях необходимо обеспечить изменение выходной интенсивности свечения светодиодов в режиме реального времени. Эту функцию обычно называют регулировкой яркости светодиодов. В данной статье представлены базовые понятия из теории светодиодов, а также некоторые методы регулировки яркости для импульсных драйверов светодиодов.

Регуляция входного напряжения

Присоединяемая к нему диодная полоса должна обладать соответствующей входной мощностью, для которой в сам светоприбор встроен ограничительный резистор. Он обеспечивает оптимальный режим для функционирования светодиода. Входное напряжение подключенного диммера и устройства регуляции должны соответствовать числу диодных кристаллов размещенных на ленте.

Напряжение, Вт		20	30	45	60	100	150	200
Вид модульной системы		Число модулей, ед.
Accent 15 o *60 o ,160 o		13	19	28	38	64	95	126
Skat		17	25	38	50	83	125	166
Matrix	2	35	51	78	103	174	260	347
	3	23	35	52	70	115	174	231
	4	17	25	37	50	83	125	166
Simple 3, 2, 3 mini		55	84	125	166	277	416	556
Genius 3L, 3Q		12	17	25	33	55	84	111
Simple 4		27	40	60	79	132	196	263

Кроме того, светодиодная полоса должна иметь соответствующую длину, не превышающую стандартизированного параметра равного 5м. При необходимости применения изделия меньшего размера, полосу можно обрезать. Однако данный процесс нужно осуществлять в местах, где есть линия разреза. В случае потребности удлинения изделия используется дополнительная лента, но тогда последующий отрезок требуется подключать напрямую к преобразователю.

Яркость и цветовая температура светодиодов

Яркость светодиодов

Понятие яркости видимого света, излучаемого светодиодом, объясняется достаточно просто. Численное значение воспринимаемой яркости светодиода можно легко измерить в единицах плотности светового потока, которые называют канделами (кд). Суммарная выходная мощность светодиода измеряется в люменах (лм).

Важно также понять, что средний прямой ток светодиода определяет яркость светодиода. На рисунке 1 показана зависимость прямого тока светодиода от светового выхода. Из рисунка видно, что эта зависимость является линейной в широком диапазоне применяемых значений прямого тока IF. Заметим, что при увеличении IF нелинейность возрастает. Когда ток начинает выходить за линейную область, происходит уменьшение эффективности (лм/Вт).

Цветовая температура светодиода

Работа светодиода в режиме, превышающем диапазон линейного изменения светового выхода, приводит к преобразованию выходной мощности светодиода в тепло. Оно, в свою очередь, создает нагрузку на драйвер светодиода и усложняет систему отвода тепла.

Цветовая температура является показателем, который описывает цвет свечения светодиода и указывается в технической документации на светодиод. Цветовая температура светодиода определяется в пределах диапазона значений и меняется в зависимости от прямого тока, температуры перехода и срока службы светодиода. Более низкая цветовая температура соответствует красно-желтым цветам (которые называют теплыми), а более высокая цветовая температура — сине-зеленым цветам (холодным). Во многие цветных светодиодах специфицируется преобладающая длина волны, а не цветовая температура, и, кроме того, допускается сдвиг длины волны.

Методы регулировки яркости светодиодов

Существуют два популярных метода регулировки яркости светодиодов в схемах импульсных драйверов: ШИМ-регулировка и аналоговая регулировка. Оба метода контролируют усредненный во времени ток через светодиод или цепочку светодиодов, но между ними есть и различия, которые становятся ясными при обсуждении преимуществ и недостатков двух типов схем регулировки.

На рисунке 2 показан импульсный драйвер светодиодов, включенный в понижающей топологии. Напряжение VIN всегда должно быть выше напряжения на светодиоде плюс напряжение на RSNS. Ток в катушке индуктивности является током светодиода. Стабилизация тока происходит с помощью контроля напряжения на выводе CS. Когда напряжение на выводе CS начинает падать ниже установленного напряжения, рабочий цикл импульсов тока, протекающего через катушку L1, светодиод и резистор RSNS, растет, тем самым увеличивая средний ток светодиода.

Аналоговая регулировка яркости светодиодов заключается в подстройке тока светодиода. Проще говоря, это регулировка уровня постоянного тока светодиода. Аналоговая регулировка может выполняться с помощью подстройки резистора контроля тока RSNS или путем управления аналоговым напряжением на выводе DIM микросхемы. На рисунке 2 показаны эти два способа аналоговой регулировки.

Разновидностей диммеров выпускается великое множество. При желании такое устройство можно подобрать под любые задачи и потребности. В этой статье мы коротко расскажем лишь о некоторых популярных видах.

Мини-диммеры отличаются компактными размерами и небольшим весом. При этом могут быть с кнопочным, сенсорным или дистанционным управлением.

Аналоговая регулировка яркости

Аналоговая регулировка с помощью подстройки RSNS

Из рисунка 2 видно, что изменение сопротивления RSNS приводит к соответствующему изменению тока светодиода при фиксированном опорном напряжении на выводе CS. Если бы можно было найти потенциометр, способный управлять высоким током светодиода, а также работать в диапазоне до 1 Ом, то это был бы практически осуществимый метод регулировки яркости светодиодов.

Аналоговая регулировка с помощью управления постоянным напряжением на выводе CS

Более сложным методом регулировки является прямое управление током светодиода посредством подачи напряжения на вывод CS. Источник напряжения обычно включают в цепь обратной связи, ток в которой формируется усилителем (см. рис. 2). Ток светодиода можно контролировать с помощью коэффициента усиления усилителя. С помощью цепи обратной связи можно реализовать токовую и тепловую защиту светодиода.

Недостатком аналоговой регулировки является то, что цветовая температура излучаемого света может меняться в зависимости от тока светодиода. В случае, когда цвет свечения светодиода является критически важным параметром или у конкретного светодиода наблюдаются заметные изменения цветовой температуры при изменении тока светодиода, регулировка яркости путем подстройки тока светодиода становится недопустимой.

Подключение к led-ленте

Несмотря на то, что для разных видов лент схемы подключения также будут разными, в любой схеме диммер с одной стороны подключается к блоку питания. Если лента монохромная, то ее подключение будет напрямую через диммер, если многоцветная, то в схеме добавится еще и контроллер – между диммером и непосредственно лентой (если только контроллер не объединен с регулятором изначально).

Иногда в схему включается еще и усилитель – если мощность подключаемых приборов превосходит значение мощности питающего элемента. Пример обычной схемы подключения светодиодной ленты с использованием диммера:

ШИМ-регулировка

При методе ШИМ-регулировки ток через светодиод пропускается на короткие периоды времени. Частота этих циклов запуска-перезапуска тока должна превышать частоту, детектируемую человеческим глазом, чтобы предотвратить эффект мерцания. Обычно используют частоту около 200 Гц или выше. Яркость светодиода в этом случае пропорциональна рабочему циклу сигнала регулировки в соответствии с формулой:

IDIM-LED — DDIM ILED,

где IDIM-LED — средний ток светодиода, DDIM — рабочий цикл сигнала регулировки, ILED — номинальный ток светодиода, который устанавливается резистором RSNS, как показано на рисунке 3.

Многие современные драйверы светодиодов оборудованы специальным выводом ШИМ-регулировки (DIM), на который можно подавать ШИМ-сигнал с широким диапазоном частот и амплитуд, что обеспечивает простое сопряжение с внешней логикой. Сигнал, подаваемый на вывод DIM, отключает лишь выход схемы, оставляя внутренние блоки в работающем состоянии, чтобы предотвратить задержку запуска микросхемы. Можно также использовать вывод разрешения выхода и другие логические функции микросхемы.

Управление драйвером светодиода с помощью ШИМ-сигнала

2-проводная ШИМ-регулировка

2-проводная ШИМ-регулировка — это популярный метод, используемый в системах внутреннего освещения автомобиля. Поскольку VIN модулируется на уровне ниже 70% от VIN-NOMINAL, вывод VINS (см. рис. 3) детектирует изменение напряжения и преобразует входной ШИМ-сигнал в соответствующий ШИМ-сигнал на выходе. Недостатком такого метода является то, что источник питания преобразователя должен содержать схему, формирующую ШИМ-сигнал на своем DC-выходе.

Быстрое ШИМ-регулирование с помощью шунтирующего устройства

Из-за задержки выключения и запуска выхода преобразователя имеются ограничения на частоту ШИМ-сигнала регулировки и диапазон рабочих циклов. Чтобы уменьшить эту задержку, параллельно светодиоду или цепочке светодиодов можно включить внешний шунтирующий компонент, такой как FET, чтобы обеспечить путь для выходного тока преобразователя, минуя светодиод, как показано на рисунке 4.

Рис. 5. Сравнение задержки включения при использовании вывода DIM и шунтирующего FET

Ток в катушке индуктивности не исчезает во время отключения светодиода, что исключает длительную задержку его нарастания и спада. Время задержки определяется теперь минимальным временем нарастания и спада сигнала шунтирующего прибора. На рисунке 4 показана микросхема LM3406 с шунтирующим FET, а на рисунке 5 сравнивается задержка включения/выключения светодиода при использовании вывода DIM и шунтирующего FET. Эти измерения были выполнены при выходной емкости 10 нФ с использованием в качестве шунтирующего FET транзистора Si3458.

При шунтировании тока светодиода в случае использования импульсных преобразователей следует соблюдать меры предосторожности из-за возможных выбросов выходного тока при включении FET. Семейство драйверов светодиодов LM340x представляет собой преобразователи с контролируемым временем включения, в которых не наблюдается выбросов тока. Номинал выходной емкости на светодиоде должен быть малым, чтобы обеспечить максимальную скорость переключения.

Недостатком схемы быстрой регулировки яркости являются потери эффективности. Когда шунтирующий прибор включен, рассеиваемая мощность, равная VSHUNT DEVICE ILED, теряется в виде тепла. Использование FET с низким значением Rds(on) позволяет минимизировать потери эффективности.

LM3409 обеспечивает множество функций регулировки яркости

Рис. 6. Схема включения LM3409 при аналоговой регулировке яркости

Микросхема LM3409 от National Semiconductor представляет собой уникальный драйвер светодиодов, который имеет необходимую функциональность для простой аналоговой и ШИМ-регулировки яркости. Этот прибор обеспечивает четыре возможных способа реализации регулировки яркости светодиода.

1. Аналоговая регулировка с помощью прямого управления вывода IADJ от источника напряжения в диапазоне 0…1,24 В.
2. Аналоговая регулировка с помощью потенциометра, включенного между выводом IADJ и землей.
3. ШИМ-регулировка с помощью вывода разрешения.
4. ШИМ-регулировка с помощью внешних шунтирующих FET.

Схема включения микросхемы LM3409 для аналоговой регулировки с использованием потенциометра показана на рисунке 6. Внутренний 5-мкА источник тока создает падение напряжения на RADJ, которое, с свою очередь, позволяет изменять порог внутренней чувствительности по току. С той же целью вывод IADJ может напрямую управляться от источника постоянного напряжения.

На рисунке 7 показан график зависимости тока светодиода от сопротивления потенциометра, включенного между выводом IADJ и GND. Плоский участок кривой при значении тока в 1 А соответствует максимальному номинальному току светодиода, который устанавливается резистором контроля тока RSNS, показанным на рисунке 4.

Рис. 8. Зависимость тока светодиода от напряжения на выводе IADJ

Оба варианта аналоговой регулировки просты в реализации и обеспечивают весьма линейные уровни снижения яркости светодиода вплоть до 10% от максимального значения.На рисунке 8 показан ток светодиода как функция напряжения на выводе IADJ. Заметим, что на этом графике виден тот же максимальный ток светодиода, установленный резистором RSNS.

Стоит ли использовать диммер для светодиодной ленты?

Однозначно – стоит. Установка такого устройства под силу даже непрофессионалу, но сам светорегулятор многократно расширяет функции и возможности led-ленты. Например, можно отказаться от большого количества светильников разной мощности, поскольку одна и та же лента будет светить с разной яркостью, заменяя и большую люстру, и маленький ночник.

Подобное освещение очень удобно в детской комнате – когда ребенок уснет, можно будет просто приглушить свет до минимума, не опасаясь ни за проводку, ни за то, что чадо проснется ночью в темноте и испугается.

Любителям домашних вечеринок однозначно придутся по душе световые эффекты, которые можно создать при помощи диммера с аудио-входом. И это лишь малая часть способов применения диммеров и светодиодных лент в обычных квартирах и домах.

Способы управления яркостью свечения светодиодов с помощью импульсных драйверов

Экспоненциальный рост количества светодиодных источников света сопровождается столь же бурным расширением ассортимента интегральных схем, предназначенных для управления питанием светодиодов. Импульсные драйверы светодиодов давно заменили неприемлемые для озабоченного экономией энергии мира прожорливые линейные регуляторы, став для отрасли фактическим стандартом. Любые приложения, от ручного фонарика до информационных табло на стадионах, требуют точного управления стабилизированным током. При этом часто бывает необходимо в реальном времени изменять интенсивность излучения светодиодов. Управление яркостью источников света, и, в частности, светодиодов, называется диммированием. В данной статье излагаются основы теории светодиодов и описываются наиболее популярные методы диммирования с помощью импульсных драйверов.

Яркость и цветовая температура светодиодов

Яркость светодиодов

Концепцию яркости видимого сета, испускаемого светодиодом, понять довольно легко. Числовое значение воспринимаемой яркости излучения светодиода может быть легко измерено в единицах поверхностной плотности светового потока, называемых кандела (кд). Суммарная мощность светового излучения светодиода выражается в люменах (лм). Важно понимать, также, что яркость светодиода зависит от средней величины прямого тока.

На Рисунке 1 изображен график зависимости светового потока некоторого светодиода от прямого тока. В области используемых значений прямых токов (I_F) график исключительно линеен. Нелинейность начинает проявляться при увеличении I_F. При выходе тока за пределы линейного участка эффективность светодиода уменьшается.

Рисунок 1.

Зависимость светового потока от тока через светодиод.

При работе вне линейной области значительная часть подводимой к светодиоду мощности рассеивается в виде тепла. Это потраченное впустую тепло перегружает драйвер светодиода и усложняет тепловой расчет конструкции.

Цветовая температура светодиодов

Цветовая температура является параметром, характеризующим цвет светодиода, и указывается в справочных данных. Цветовая температура конкретного светодиода описывается диапазоном значений и смещается при изменении прямого тока, температуры перехода, а также, по мере старения прибора. Чем ниже цветовая температура светодиода, тем ближе его свечение к красно-желтому цвету, называемому «теплым». Более высоким цветовым температурам соответствуют сине-зеленые цвета, называемые «холодными». Нередко для цветных светодиодов вместо цветовой температуры указывается доминирующая длина волны, которая может смещаться точно также, как цветовая температура.

Способы управления яркостью свечения светодиодов

Существуют два распространенных способа управления яркостью (диммирования) светодиодов в схемах с импульсными драйверами: широтно-импульсная модуляция (ШИМ) и аналоговое регулирование. Оба способа сводятся, в конечном счете, к поддержанию определенного уровня среднего тока через светодиод, или цепочку светодиодов. Ниже мы обсудим различия этих способов, оценим их преимущества и недостатки.

На Рисунке 2 изображена схема импульсного драйвера светодиода в конфигурации понижающего преобразователя напряжения. Напряжение V_IN в такой схеме всегда должно превышать сумму напряжений на светодиоде и резисторе R_SNS. Ток дросселя целиком протекает через светодиод и резистор R_SNS, и регулируется напряжением, подаваемым с резистора на вывод CS. Если напряжение на выводе CS начинает опускаться ниже установленного уровня, коэффициент заполнения импульсов тока, протекающего через L1, светодиод и R_SNS увеличивается, вследствие чего увеличивается средний ток светодиода.

Рисунок 2.

Топология понижающего преобразователя.

Аналоговое диммирование

Аналоговое диммирование – это поцикловое управление прямым током светодиода. Проще говоря, это поддержание тока светодиода на постоянном уровне. Аналоговое диммирование выполняется либо регулировкой резистора датчика тока R_SNS, либо изменением уровня постоянного напряжения, подаваемого на вывод DIM (или аналогичный вывод) драйвера светодиодов. Оба примера аналогового управления показаны на Рисунке 2.

Аналоговое диммирование регулировкой R_SNS

Из Рисунка 2 видно, что при фиксированном опорном напряжении на выводе CS изменение величины R_SNS вызывает соответствующее изменение тока светодиода. Если бы было возможно найти потенциометр с сопротивлением менее одного Ома, способный выдержать большие токи светодиода, такой способ диммирования имел бы право на существование.

Аналоговое диммирование с помощью управления напряжением питания через вывод CS

Более сложный способ предполагает прямое поцикловое управление током светодиода с помощью вывода CS. Для этого, в типичном случае, в петлю обратной связи включается источник напряжения, снимаемого с датчика тока светодиода и буферизованного усилителем (Рисунок 2). Для регулировки тока светодиода можно управлять коэффициентом передачи усилителя. В эту схему обратной связи несложно ввести дополнительную функциональность, такую, например, как токовую и температурную защиту.

Недостатком аналогового диммирования является то, что цветовая температура излучаемого света может зависеть от прямого тока светодиода. В тех случаях, когда изменение цвета свечения недопустимо, диммирование светодиода регулированием прямого тока применяться не может.

Диммирование с помощью ШИМ

Диммирование с помощью ШИМ заключается в управлении моментами включения и выключения тока через светодиод, повторяемыми с достаточно высокой частотой, которая, с учетом физиологии человеческого глаза, не должна быть меньше 200 Гц. В противном случае, может проявляться эффект мерцания.

Средний ток через светодиод теперь становится пропорциональным коэффициенту заполнения импульсов и выражается формулой:

I_DIM-LED – средний ток через светодиод,
D_DIM – коэффициент заполнения импульсов ШИМ,
I_LED – номинальный ток светодиода, устанавливаемый выбором величины сопротивления R_SNS (см. Рисунок 3).

Рисунок 3.

Двухпроводное ШИМ диммирование.

Модуляция драйвера светодиодов

Многие современные драйверы светодиодов имеют специальный вход DIM, на который можно подавать ШИМ сигналы в широким диапазоне частот и амплитуд. Вход обеспечивает простой интерфейс со схемами внешней логики, позволяя включать и выключать выход преобразователя без задержек на перезапуск драйвера, не затрагивая при этом работы остальных узлов микросхемы. С помощью выводов разрешения выхода и вспомогательной логики можно реализовать ряд дополнительных функций.

Двухпроводное ШИМ-диммирование

Двухпроводное ШИМ-диммирование приобрело популярность в схемах внутренней подсветки автомобилей. Если напряжение на выводе VINS становится на 70% меньше, чем на VIN (Рисунок 3), работа внутреннего силового MOSFET транзистора запрещается, и ток через светодиод выключается. Недостаток метода заключается в необходимости иметь схему формирователя сигнала ШИМ в источнике питания преобразователя.

Быстрое ШИМ-диммирование с шунтирующим устройством

Запаздывание моментов включения и выключения выхода конвертора ограничивает частоту ШИМ и диапазон изменения коэффициента заполнения. Для решения этой проблемы параллельно светодиоду, или цепочке светодиодов, можно подключить шунтирующее устройство, такое, скажем, как MOSFET транзистор, показанный на Рисунке 4а, позволяющий быстро пустить выходной ток преобразователя в обход светодиода (светодиодов).

а)
б)
Рисунок 4.	Быстрое ШИМ диммирование (а), формы токов и напряжений (б).

Ток дросселя на время выключения светодиода остается непрерывным, благодаря чему нарастание и спад тока перестают затягиваться. Теперь время нарастания и спада ограничивается только характеристиками MOSFET транзистора. На Рисунке 4а изображена схема подключения шунтирующего транзистора к светодиоду, управляемому драйвером LM3406, а на Рисунке 4б показаны осциллограммы, иллюстрирующие различие результатов, получаемых при диммировании с использованием вывода DIM (сверху), и при подключении шунтирующего транзистора (внизу). В обоих случаях выходная емкость равнялась 10 нФ. Шунтирующий MOSFET транзистор типа Si3458.

При шунтировании тока светодиодов, управляемых преобразователями со стабилизаций тока, надо учитывать возможность возникновения бросков тока при включении MOSFET транзистора. В семействе драйверов светодиодов LM340x предусмотрено управление временем включения преобразователей, что позволяет решить проблему выбросов. Для сохранения максимальной скорости включения/выключения емкость между выводами светодиода должна быть минимальной.

Существенным недостатком быстрого ШИМ-диммирования, по сравнению с методом модуляции выхода преобразователя, является снижение КПД. При открытом шунтирующем приборе на нем рассеивается мощность, выделяющаяся в виде тепла. Для снижения таких потерь следует выбирать MOSFET транзисторы с минимальным сопротивлением открытого канала R_DS-ON.

Многорежимный диммер LM3409

National Semiconductor выпускает уникальный многорежимный драйвер светодиодов LM3409, предназначенный как для аналогового, так и ШИМ регулирования яркости. Диммирование может осуществляться одним из четырех способов:

1. Аналоговое регулирование прямой подачей напряжения 0 … 1.24 В на вывод IADJ.
2. Аналоговое регулирование с помощью потенциометра, подключенного между выводом IADJ и «землей».
3. ШИМ регулирование с помощью вывода EN.
4. ШИМ регулирование с помощью шунтирующего MOSFET транзистора.

На Рисунке 5 показана схема включения LM3409 для управления яркостью с помощью потенциометра. Внутренний источник тока 5 мкА создает падение напряжения на сопротивлении R_ADJ, которое, в свою очередь, влияет на внутренний порог схемы измерения тока светодиода. С точно таким же эффектом можно управлять микросхемой, непосредственно подавая постоянное напряжение на вывод IADJ.

Рисунок 5.

Аналоговое управление яркостью.

Рисунок 6 демонстрирует зависимость измеренного тока светодиода от сопротивления включенного между IADJ и «землей» потенциометра. Плато на уровне 1 А в верхней части графика определяется величиной показанного на Рисунке 4 резистора R_SNS, задающего максимальный номинальный ток светодиода.

Рисунок 6.

Зависимость тока светодиода от сопротивления потенциометра.

На Рисунке 7 изображена зависимость измеренного тока светодиода от постоянного напряжения, приложенного к выводу IADJ. Заметим, что максимальный ток здесь также определяется величиной R_SNS.

Рисунок 7.

Зависимость тока светодиода от напряжения на выводе IADJ.

Обе аналоговые технологии диммирования просты в реализации и позволяют с очень высокой линейностью регулировать яркость свечения, вплоть до уровня 10% от максимума.

Заключение

Регулировать яркость свечения светодиодов, питающихся от импульсных преобразователей, можно различными способами. Для каждого из двух основных методов, ШИМ и аналогового, характерны свои достоинства и недостатки. Ценою использования дополнительной логики, ШИМ регулирование значительно уменьшает вариации цвета светодиода при изменении яркости. Схемотехника аналогового диммирования проще, но неприменима там, где требуется поддержания постоянной цветовой температуры.

Как затемнить светодиодные ленты

Диммирование — это процесс изменения светоотдачи источника света. Это делается для настройки атмосферы или для экономии энергии, когда полная светоотдача на самом деле не нужна. Большинство систем затемнения, использовавшихся до появления светодиодов или даже сегодня, предназначены для ламп накаливания. В этих системах обычно используются методы диммирования с прямой и обратной фазой, в которых диммер прерывает или прерывает линейный вход переменного тока, чтобы уменьшить мощность, поступающую в драйвер. При меньшей входной мощности на драйвер будет меньше выходной мощности, и яркость света уменьшится.

Наиболее часто используемые ключевые слова диммирования в светодиодном коммерческом освещении — это DMX, DALI, 0/1–10 В, тиристор (TRIAC), WIFI, Bluetooth, RF и Zigbee. Это входные сигналы источника питания диммирования. Выбор различных входных сигналов в основном обусловлен учетом среды (установка, проводка), функции, стоимости и гибкости последующего расширения. Качество эффекта диммирования в основном определяется методом диммирования на выходе источника питания с диммированием, а не методом диммирования на входе.

Методы диммирования на выходе для диммирования источника питания в основном делятся на два типа: снижение постоянного тока (CCR) и широтно-импульсная модуляция (ШИМ) (также известная как аналоговое диммирование).

Во-первых, уточнение: на самом деле все светодиодные ленты диммируемые.

Когда вы покупаете обычные бытовые светодиодные лампы, такие как лампы типа A, вы часто можете увидеть НЕ РЕГУЛИРУЕМЫЕ РЕГУЛИРОВКИ в описании продукта. Некоторые светодиодные лампы не диммируются, потому что электрическая схема внутри светодиодной лампы не предназначена для интерпретации сигнала затемнения настенного диммера, который, в свою очередь, предназначен для традиционной лампы накаливания.

С другой стороны, светодиодные ленты не предназначены для прямого подключения к высокому напряжению (например, настенной розетке 120 В переменного тока) и требуют источника питания для преобразования более высокого напряжения переменного тока в более низкое напряжение постоянного тока 12 В или 24 В.

Поэтому, если используется настенный диммер, он должен сначала «поговорить» с источником питания, прежде чем на светодиодной ленте может произойти какое-либо затемнение. Следовательно, вопрос диммирования/не диммирования зависит от блока питания и от того, может ли он интерпретировать сигнал диммирования, создаваемый настенным диммером.

С другой стороны, практически все светодиодные ленты (как и сама лента) диммируются. При соответствующем электрическом сигнале постоянного тока (обычно ШИМ) можно свободно регулировать яркость любой светодиодной ленты.

Обратите внимание, что на рынке обычно есть два типа светодиодных лент: постоянный ток и постоянное напряжение. Их требования к диммерному блоку питания разные. Пожалуйста, обратитесь к таблице ниже:

Тип светодиодной ленты	Снижение постоянного тока (CCR)	Широтно-импульсная модуляция (ШИМ)
Светодиодная лента постоянного напряжения	Работа	Работа
Светодиодная лента постоянного тока	Провал	Работа

Что управляет яркостью светодиода?

Количество тока, протекающего через светодиод, определяет его светоотдачу. Если мы посмотрим на график выше, мы увидим, что изменение напряжения также изменяет ток через светодиод, что заставляет нас подумать об уменьшении яркости светодиода путем увеличения или уменьшения напряжения на нем. Однако мы также можем видеть, что область, в которой мы можем изменить напряжение, не получая слишком большой ток, очень мала. Кроме того, ток непредсказуем, как и яркость.

График прямого тока (мА) и прямого напряжения (В) светодиода График относительной силы (а.е.) и прямого тока (мА) светодиода

Если мы просмотрим таблицы данных некоторых светодиодов, мы увидим, что сила света светодиода зависит от прямого тока. Их отношения также почти линейны. Таким образом, при диммировании светодиодов мы принимаем прямое напряжение как фиксированное значение и вместо этого контролируем ток.

Методы диммирования светодиодов

Все светодиодные устройства требуют диммирования драйвера, и есть два стандартных метода, которые драйверы используют для диммирования светодиодов: широтно-импульсная модуляция и подавление постоянного тока (также известное как аналоговое диммирование).

Широтно-импульсная модуляция (ШИМ)

В ШИМ светодиод включается и выключается при номинальном токе на высокой частоте. Скорость переключения достаточно высока, чтобы ее мог увидеть человеческий глаз. Что определяет уровень яркости светодиода, так это рабочий цикл или отношение времени, когда светодиод включен, и общее время одного полного цикла.

• Обеспечивает очень точный выходной уровень
• Подходит для приложений, которым необходимо поддерживать определенные характеристики светодиода, такие как цвет, температура или эффективность.
• Широкий диапазон диммирования — может уменьшить светоотдачу до значений менее 1 процента
• Предотвращает смещение цвета за счет работы светодиода в рекомендуемой рабочей точке прямого напряжения/прямого тока.

• Драйверы сложные и дорогие
• Поскольку ШИМ использует быстрое переключение, быстро нарастающий и спадающий фронт каждого цикла переключения создают нежелательные излучения электромагнитных помех.
• Драйвер может иметь проблемы с производительностью при работе с длинными проводами, поскольку паразитные характеристики провода (емкость и индуктивность) могут мешать быстрым фронтам ШИМ.

Рабочий цикл

Термин «рабочий цикл» описывает пропорцию «включенного» времени к регулярному интервалу или «периоду» времени; низкий рабочий цикл соответствует малой мощности, поскольку большую часть времени питание отключено. Рабочий цикл выражается в процентах, 100 % — полностью включено. Когда цифровой сигнал включен половину времени и выключен другую половину времени, цифровой сигнал имеет рабочий цикл 50% и напоминает «прямоугольную» волну. Когда цифровой сигнал находится во включенном состоянии больше времени, чем в выключенном, его коэффициент заполнения >50%. Когда цифровой сигнал находится в выключенном состоянии больше времени, чем во включенном, его рабочий цикл составляет

частота

Еще одним неотъемлемым аспектом сигнала широтно-импульсной модуляции (ШИМ) является его частота. Частота ШИМ определяет, как быстро сигнал ШИМ завершает период, где период — это время, необходимое для включения и выключения сигнала.

Согласование рабочего цикла и частоты ШИМ-сигнала создает возможность диммируемого светодиодного драйвера.

Снижение постоянного тока (CCR)

В CCR ток течет непрерывно через светодиод. Таким образом, светодиод всегда включен, а не как в ШИМ, где светодиод всегда включается и выключается. Затем яркость светодиода изменяется путем изменения уровня тока.

• Может использоваться с приложениями со строгими требованиями к электромагнитным помехам и удаленными приложениями, где используются длинные провода.
• Драйверы CCR имеют более высокий предел выходного напряжения (60 В), чем драйверы, использующие ШИМ (24.8 В), когда классифицируются как драйверы класса 2 UL для сухих и влажных помещений.

• CCR не подходит для применений, где желательны уровни затемнения ниже 10 процентов, потому что при очень низких токах светодиоды работают плохо, а светоотдача может быть неустойчивой.
• Низкие управляющие токи могут привести к непостоянству цвета

DMX512 затемнение

DMX512 является стандартом для сетей цифровой связи, которые обычно используются для управления освещением и эффектами. Первоначально он был задуман как стандартизированный метод управления диммерами сценического освещения, которые до DMX512 использовали различные несовместимые проприетарные протоколы. Он быстро стал основным методом связывания контроллеров (таких как консоль освещения) с диммерами и устройствами со спецэффектами, такими как генераторы дыма и интеллектуальное освещение.

DMX512 также используется в нетеатральном интерьерном и архитектурном освещении в масштабах от гирлянд рождественских огней до электронных рекламных щитов и концертов на стадионах или аренах. Теперь его можно использовать для управления практически всем, что отражает его популярность во всех типах площадок.

DALI затемнение

Интерфейс освещения с цифровой адресацией (DALI) зародился в Европе и в течение многих лет активно внедрялся в этой части мира. В настоящее время он становится все более популярным и в Соединенных Штатах. Стандарт DALI позволяет осуществлять цифровое управление отдельными светильниками через протокол связи низкого напряжения, который может отправлять информацию на осветительные приборы, а также получать данные от светильников, что делает его ценным инструментом для создания систем мониторинга информации и интеграции средств управления. DALI позволяет адресовать отдельные приборы, при этом до 64 адресов могут быть организованы в 16 различных зон управления. Связь DALI не зависит от полярности, и с помощью этого протокола возможны различные конфигурации подключения. Типичная схема подключения DALI показана ниже:

0/1-10 В диммирование

Первая и простейшая электронная система сигнализации управления освещением, низковольтные диммеры 0–10 В, используют низковольтный сигнал постоянного тока 0–10 В, подключенный к каждому источнику питания светодиода или балласту люминесцентных ламп. При 0 Вольт устройство будет затемняться до минимального уровня освещенности, разрешенного драйвером затемнения, а при 10 В устройство будет работать на 100%. Типичная схема подключения 0-10 В показана ниже:

Триак диммирование

TRIAC означает триод для переменного тока и представляет собой переключатель, который используется для управления мощностью. При использовании в осветительных приборах его обычно называют «Симисторное затемнение».

Цепи TRIAC широко используются и очень распространены в приложениях управления мощностью переменного тока. Эти схемы могут коммутировать высокие напряжения и очень высокие уровни тока в двух частях сигнала переменного тока. Это полупроводниковые устройства, похожие на диод.
TRIAC часто используется в качестве средства диммирования света в бытовых осветительных приборах и даже может служить регулятором мощности двигателей.

Способность симистора переключать высокое напряжение делает его идеальным для использования в различных приложениях электрического управления. Это означает, что он может работать в соответствии с повседневными потребностями в управлении освещением. Однако схемы TRIAC используются не только для домашнего освещения. Они также используются для управления вентиляторами и небольшими двигателями, а также в других приложениях для переключения и управления переменным током.
Если вы ищете многоцелевой элемент управления, мы уверены, что вы найдете TRIAC выгодным протоколом.

TRIAC диммируется высоким напряжением (

230В). Подключив модуль TRIAC к источнику питания (от 100 до 240 В переменного тока), вы сможете получить требуемый эффект диммирования.

РЧ диммирование

Радиочастотное (RF) затемнение использует радиочастотный сигнал для связи с контроллером светодиодов, чтобы затемнить цвет ваших светодиодных фонарей.

Bluetooth, Wi-Fi, затемнение Zigbee

Блютуз — это стандарт беспроводной технологии малого радиуса действия, который используется для обмена данными между стационарными и мобильными устройствами на коротких расстояниях с использованием радиоволн УВЧ в диапазонах ISM от 2.402 ГГц до 2.48 ГГц, а также для построения персональных сетей (PAN). Он в основном используется в качестве альтернативы проводным соединениям, для обмена файлами между соседними портативными устройствами и подключения мобильных телефонов и музыкальных плееров с беспроводными наушниками. В наиболее широко используемом режиме мощность передачи ограничена 2.5 мВт, что обеспечивает очень малую дальность до 10 метров (33 фута).

Wi-Fi или WiFi(/ˈwaɪfaɪ/), это семейство протоколов беспроводной сети, основанное на семействе стандартов IEEE 802.11, которые обычно используются для локальных сетей устройств и доступа в Интернет, позволяя находящимся рядом цифровым устройствам обмениваться данными с помощью радиоволн. Это наиболее широко используемые компьютерные сети в мире, которые используются во всем мире в домашних и небольших офисных сетях для соединения настольных и портативных компьютеров, планшетных компьютеров, смартфонов, интеллектуальных телевизоров, принтеров и интеллектуальных колонок вместе, а также к беспроводному маршрутизатору для их подключения. Интернет, а также в точках беспроводного доступа в общественных местах, таких как кафе, отели, библиотеки и аэропорты, чтобы обеспечить общедоступный доступ в Интернет для мобильных устройств.

Zigbee — это спецификация на основе IEEE 802.15.4 для набора протоколов связи высокого уровня, используемых для создания персональных сетей с небольшими цифровыми радиоустройствами с низким энергопотреблением, например, для домашней автоматизации, сбора данных медицинских устройств и других маломощных устройств с низким энергопотреблением. — потребности в пропускной способности, предназначенные для небольших проектов, которым требуется беспроводное соединение. Таким образом, Zigbee представляет собой беспроводную одноранговую сеть с низким энергопотреблением, низкой скоростью передачи данных и непосредственной близости (т. е. в личной зоне).

Окончательный вывод

Все светодиодные ленты диммируются. Но обратите внимание, что существует два типа светодиодных лент: светодиодная лента с постоянным напряжением и светодиодная лента постоянного тока. Светодиодная лента постоянного тока должна использоваться со светодиодной лентой с регулируемой яркостью выходного сигнала PWM! Для светодиодных лент постоянного напряжения вы можете выбрать источник питания с регулируемой яркостью выходного сигнала PWM или CCR в соответствии с потребностями проекта. И есть много входных сигналов, таких как DMX512, DALI, 0/1-10V, TRIAC, WIFI, Bluetooth, RF и Zigbee.
Вы можете выбрать подходящий входной сигнал с учетом среды (установка, проводка), функции, стоимости и гибкости последующего расширения.

LEDYi производит высококачественные Светодиодные ленты и светодиодные неоновые ленты. Все наши продукты проходят через высокотехнологичные лаборатории, чтобы гарантировать высочайшее качество. Кроме того, мы предлагаем настраиваемые параметры наших светодиодных лент и неоновых лент. Итак, для светодиодной ленты премиум-класса и светодиодной неоновой ленты, связаться с LEDYi Как можно скорее!

Регулирование яркости светодиодов, принципы ШИМ-регулирования

В некоторых случаях, например, в фонариках или домашних осветительных приборах, возникает необходимость регулировать яркость свечения. Казалось бы, чего уж проще: достаточно изменить ток через светодиод, увеличив или уменьшив сопротивление ограничительного резистора. Но в этом случае на ограничительном резисторе будет расходоваться значительная часть энергии, что совсем недопустимо при автономном питании от батарей или аккумуляторов.

Кроме того, цвет свечения светодиодов будет изменяться: например, белый цвет при понижении тока меньше номинального (для большинства светодиодов 20мА) будет иметь несколько зеленоватый оттенок. Такое изменение цвета в ряде случаев совершенно ни к чему. Представьте себе, что эти светодиоды подсвечивают экран телевизора или компьютерного монитора.

Принцип ШИМ – регулирования

В этих случаях применяется ШИМ – регулирование (широтно — импульсное). Смысл его в том, что светодиод периодически зажигается и гаснет. При этом ток на протяжении всего времени вспышки остается номинальным, поэтому спектр свечения не искажается. Уж если светодиод белый, то зеленые оттенки появляться не будут.

К тому же при таком способе регулирования мощности потери энергии минимальны, КПД схем с ШИМ регулированием очень высок, достигает 90 с лишним процентов.

Принцип ШИМ – регулирования достаточно простой, и показан на рисунке 1. Различное соотношение времени зажженного и погашенного состояния на глаз воспринимается как различная яркость свечения: как в кино – отдельно показываемые поочередно кадры воспринимаются как движущееся изображение. Здесь все зависит от частоты проекции, о чем разговор будет чуть позже.

Рисунок 1. Принцип ШИМ – регулирования

На рисунке изображены диаграммы сигналов на выходе устройства управления ШИМ (или задающий генератор). Нулем и единицей обозначены логические уровни: логическая единица (высокий уровень) вызывает свечение светодиода, логический нуль (низкий уровень), соответственно, погасание.

Хотя все может быть и наоборот, поскольку все зависит от схемотехники выходного ключа, — включение светодиода может осуществляться низким уровнем а выключение, как раз высоким. В этом случае физически логическая единица будет иметь низкий уровень напряжения, а логический нуль высокий.

Другими словами, логическая единица вызывает включение какого-то события или процесса (в нашем случае засвечивание светодиода), а логический нуль должен этот процесс отключить. То есть не всегда высокий уровень на выходе цифровой микросхемы является ЛОГИЧЕСКОЙ единицей, все зависит от того, как построена конкретная схема. Это так, для сведения. Но пока будем считать, что ключ управляется высоким уровнем, и по-другому просто быть не может.

Частота и ширина управляющих импульсов

Следует обратить внимание на то, что период следования импульсов (или частота) остается неизменным. Но, в общем, частота импульсов на яркость свечения влияния не оказывает, поэтому, к стабильности частоты особых требований не предъявляется. Меняется лишь длительность (ШИРИНА), в данном случае, положительного импульса, за счет чего и работает весь механизм широтно-импульсной модуляции.

Длительность управляющих импульсов на рисунке 1 выражена в %%. Это так называемый «коэффициент заполнения» или, по англоязычной терминологии, DUTY CYCLE. Выражается отношением длительности управляющего импульса к периоду следования импульсов.

В русскоязычной терминологии обычно используется «скважность» – отношение периода следования к времени импульса. Таким образом если коэффициент заполнения 50%, то скважность будет равна 2. Принципиальной разницы тут нет, поэтому, пользоваться можно любой из этих величин, кому как удобней и понятней.

Здесь, конечно, можно было бы привести формулы для расчета скважности и DUTY CYCLE, но, чтобы не усложнять изложение, обойдемся без формул. В крайнем случае, закон Ома. Уж тут ничего не поделаешь: «Не знаешь закон Ома, сиди дома!». Если уж кого эти формулы заинтересуют, то их всегда можно найти на просторах Интернета.

Частота ШИМ для светорегулятора

Как было сказано чуть выше, особых требований к стабильности частоты импульсов ШИМ не предъявляется: ну, немного «плавает», да и ладно. Подобной нестабильностью частоты, кстати, достаточно большой, обладают ШИМ – регуляторы на базе интегрального таймера NE555, что не мешает их применению во многих конструкциях. В данном случае важно лишь, чтобы эта частота не стала ниже некоторого значения.

А какая должна быть частота, и насколько она может быть нестабильна? Не забывайте, что речь идет о светорегуляторах. В кинотехнике существует термин «критическая частота мельканий». Это частота, при которой отдельные картинки, показываемые друг за другом, воспринимаются как движущееся изображение. Для человеческого глаза эта частота составляет 48Гц.

Вот именно по этой причине частота съемки на кинопленке составляла 24кадр/сек (телевизионный стандарт 25кадр/сек). Для повышения этой частоты до критической в кинопроекторах применяется двухлопастной обтюратор (заслонка) дважды перекрывающий каждый показываемый кадр.

В любительских узкопленочных 8мм проекторах частота проекции составляла 16кадр/сек, поэтому обтюратор имел аж три лопасти. Тем же целям в телевидении служит тот факт, что изображение показывается полукадрами: сначала четные, а потом нечетные строки изображения. В результате получается частота мельканий 50Гц.

Работа светодиода в режиме ШИМ представляет собой отдельные вспышки регулируемой длительности. Чтобы эти вспышки воспринимались на глаз как непрерывное свечение, их частота должна быть никак не меньше критической. Выше сколько угодно, но ниже никак нельзя. Этот фактор следует учитывать при создании ШИМ – регуляторов для светильников.

Кстати, просто, как интересный факт: ученые каким-то образом определили, что критическая частота для глаза пчелы составляет 800Гц. Поэтому кинофильм на экране пчела увидит как последовательность отдельных изображений. Для того, чтобы она увидела движущееся изображение, частоту проекции потребуется увеличить до восьмисот полукадров в секунду!

Функциональная схема ШИМ – регулятора

Для управления собственно светодиодом используется транзисторный ключевой каскад. В последнее время наиболее широко для этой цели используются транзисторы MOSFET, позволяющие коммутировать значительную мощность (применение для этих целей обычных биполярных транзисторов считается просто неприличным).

Такая потребность, (мощный MOSFET — транзистор) возникает при большом количестве светодиодов, например, при использовании светодиодных лент, о которых будет рассказано чуть позже. Если же мощность невелика – при использовании одного – двух светодиодов, можно использовать ключи на маломощных биполярных транзисторах, а при возможности подключать светодиоды непосредственно к выходам микросхем.

На рисунке 2 показана функциональная схема ШИМ – регулятора. В качестве элемента управления на схеме условно показан резистор R2. Вращением его ручки можно в необходимых пределах изменять скважность управляющих импульсов, а, следовательно, яркость светодиодов.

Рисунок 2. Функциональная схема ШИМ – регулятора

На рисунке показаны три цепочки последовательно соединенных светодиодов с ограничивающими резисторами. Примерно такое же соединение применяется в светодиодных лентах. Чем длиннее лента, тем больше светодиодов, тем больше потребляемый ток.

Именно в этих случаях потребуются мощные регуляторы на транзисторах MOSFET, допустимый ток стока которых должен быть чуть больше тока, потребляемого лентой. Последнее требование выполняется достаточно легко: например, у транзистора IRL2505 ток стока около 100А, напряжение стока 55В, при этом, его размеры и цена достаточно привлекательны для использования в различных конструкциях.

Задающие генераторы ШИМ

В качестве задающего ШИМ – генератора может использоваться микроконтроллер (в промышленных условиях чаще всего), или схема, выполненная на микросхемах малой степени интеграции. Если в домашних условиях предполагается изготовить незначительное количество ШИМ – регуляторов, а опыта создания микроконтроллерных устройств нет, то лучше сделать регулятор на том, что в настоящее время оказалось под рукой.

Это могут быть логические микросхемы серии К561, интегральный таймер NE555, а также специализированные микросхемы, предназначенные для импульсных блоков питания. В этой роли можно заставить работать даже операционный усилитель, собрав на нем регулируемый генератор, но это уж, пожалуй, «из любви к искусству». Поэтому, далее будут рассмотрены только две схемы: самая распространенная на таймере 555, и на контроллере ИБП UC3843.

Схема задающего генератора на таймере 555

Рисунок 3. Схема задающего генератора

Эта схема представляет собой обычный генератор прямоугольных импульсов, частота которого задается конденсатором C1. Заряд конденсатора происходит по цепи «Выход – R2 – RP1- C1 – общий провод». При этом на выходе должно присутствовать напряжение высокого уровня, что равнозначно, что выход соединен с плюсовым полюсом источника питания.

Разряжается конденсатор по цепи «C1 – VD2 – R2 – Выход – общий провод» в то время, когда на выходе присутствует напряжение низкого уровня, — выход соединен с общим проводом. Вот эта разница в путях заряда – разряда времязадающего конденсатора и обеспечивает получение импульсов с регулируемой шириной.

Следует заметить, что диоды, даже одного типа, имеют разные параметры. В данном случае играет роль их электрическая емкость, которая изменяется под действием напряжения на диодах. Поэтому вместе с изменением скважности выходного сигнала меняется и его частота.

Главное, чтобы она не стала меньше критической частоты, о которой было упомянуто чуть выше. Иначе вместо равномерного свечения с различной яркостью будут видны отдельные вспышки.

Приблизительно (опять же виноваты диоды) частоту генератора можно определить по формуле, показанной ниже.

Частота генератора ШИМ на таймере 555.

Если в формулу емкость конденсатора подставить в фарадах, сопротивление в Омах, то результат должен получиться в герцах Гц: от системы СИ никуда не денешься! При этом подразумевается, что движок переменного резистора RP1 находится в среднем положении (в формуле RP1/2), что соответствует выходному сигналу формы меандр. На рисунке 2 это как раз та часть, где указана длительность импульса 50%, что равнозначно сигналу со скважностью 2.

Задающий генератор ШИМ на микросхеме UC3843

Его схема показана на рисунке 4.

Рисунок 4. Схема задающего генератора ШИМ на микросхеме UC3843

Микросхема UC3843 является управляющим ШИМ — контроллером для импульсных блоков питания и применяется, например, в компьютерных источниках формата ATX. В данном случае типовая схема ее включения несколько изменена в сторону упрощения. Для управления шириной выходного импульса на вход схемы подается регулирующее напряжение положительной полярности, то на выходе получается импульсный сигнал ШИМ.

В простейшем случае регулирующее напряжение можно подать с помощью переменного резистора сопротивлением 22…100КОм. При необходимости можно управляющее напряжение получать, например, с аналогового датчика освещенности, выполненного на фоторезисторе: чем темнее за окном, тем светлее в комнате.

Регулирующее напряжение воздействует на выход ШИМ, таким образом, что при его снижении ширина выходного импульса увеличивается, что вовсе не удивительно. Ведь исходное назначение микросхемы UC3843 — стабилизация напряжения блока питания: если выходное напряжение падает, а вместе с ним и регулирующее напряжение, то надо принимать меры (увеличивать ширину выходного импульса) для некоторого повышения выходного напряжения.

Регулирующее напряжение в блоках питания вырабатывается, как правило, с помощью стабилитронов. Чаще всего это TL431 или им подобные.

При указанных на схеме номиналах деталей частота генератора около 1КГц, и в отличие от генератора на таймере 555, она при изменении скважности выходного сигнала не «плавает» — забота о постоянстве частоты импульсных блоков питания.

Чтобы регулировать значительную мощность, например, светодиодная лента, к выходу следует подключить ключевой каскад на транзисторе MOSFET, как было показано на рисунке 2.

Можно было бы и побольше рассказать о ШИМ – регуляторах, но пока остановимся на этом, а в следующей статье рассмотрим различные способы подключения светодиодов. Ведь не все способы одинаково хороши, есть такие, которых следует избегать, да и просто ошибок при подключении светодиодов случается предостаточно.

Надеюсь, что эта статья была для вас полезной. Смотрите также другие статьи в категории Практическая электроника, Все про светодиоды

Подписывайтесь на канал в Telegram про электронику для профессионалов и любителей: Практическая электроника на каждый день

Похожие публикации:

1. Defender crusher геймпад как подключить
2. Как разделить пользователей на пк
3. Как установить кастомное разрешение экрана на амд
4. Определите число для получения которого из числа 31 существует 1001 программа