Напряжение светодиоды: как узнать на сколько вольт рассчитан, какое у него падение и рабочее питание в зависимости от цвета

Содержание

Правильное подключение светодиодов

Применение светодиодов в автомобиле является сегодня привлекательным, популярным, и достаточно выгодным тюнингом. Они ярко светят и потребляют, при этом, очень мало энергии. Но чтобы светодиоды нормально работали в бортовой сети автомобиля, быстро не перегорали и не мерцали, их необходимо корректно подключать.

Характеристики светодиодов

Для начала следует твердо усвоить, как работает светодиод и какими ключевыми характеристиками обладает. Это упростит понимание нижеизложенного материала и исключит часто допускаемые автолюбителями ошибки.

Стандартный светодиод имеет всего два важных параметра:

1. Падение напряжения (В).

2. Ток питания (мА).

Первая характеристика указывает на то, какое напряжение будет падать на работающем светодиоде. Этот параметр никак не означает, что для его питания необходимо точно столько же вольт. Стандартный светодиод с падением напряжения 3,2 В вполне можно подключить и к 12 В и даже к 220 В, но не ниже, чем к 3,2 В. Светодиод напряжением не питается, а его параметр 3,2 В означает, что после него напряжение в сети понизится на 3,2 В.

Светится светодиод как раз благодаря тому, что через него протекает ток. И его сила обязательно должна быть в пределах указанного для конкретного изделия значения. Например, все тот же стандартный маломощный светодиод потребляет 20 мА. Это значит, что если ток, который через него проходит, будет значительно большим, то он выйдет из строя.

Следовательно, для нормальной работы светодиода необходимо обеспечить стабильный ток в известных пределах. А вот чтобы его свечение не было мерцающим, необходимо стабилизировать имеющееся в сети напряжение.

Стабилизаторы напряжения

Стабилизаторы напряжения предназначены для поддержки одного и того же напряжения в сети. Они бывают линейные и импульсные.

Линейные стабилизаторы способны только понижать имеющееся напряжение и удерживать его на каком-то одном значении. Если на них подавать меньшее напряжение, чем то, на которое они рассчитаны, то и на выходе будем получать пропорционально меньше.

Импульсные стабилизаторы способны как понижать имеющееся в сети напряжение, так и повышать его до требуемого на выходе значения. Например, в бортовой сети автомобиля напряжение «скачет» от 12 В до 14,5 В. Соответственно, если нам нужно на выходе получать стабильные 13 В, то необходим именно импульсный стабилизатор.

Стабилизаторы и ограничители тока

Стабилизатор стабилизирует проходящий в цепи ток до одного нужного значения, ограничитель, соответственно, ограничивает его. Простейший ограничитель тока, который можно использовать для подключения светодиодов в автомобиле – это резистор. Его номинал рассчитывается индивидуально, исходя из характеристик и количества светодиодов и имеющегося в сети напряжения.

Стабилизатор работает автоматически. Он рассчитан на какое-то определенное значение стабилизации силы тока, которое он поддерживает независимо от скачков напряжения в сети. В отношении светодиодов такие приборы еще называются драйверами.

Порядок подключения светодиодов к бортовой сети автомобиля

Самый простой способ подключить светодиод к сети автомобиля – применение токоограничивающего резистора. Его номинал рассчитывается по приведенному ниже алгоритму с наглядным примером.

Допустим, необходимо подключить светодиод с падением напряжения 3,2 В и током питания 20 мА. Максимальное напряжение в сети автомобиля 14,5 В. Нам нужно получить ток 20 мА из разницы напряжений сети автомобиля и падения на светодиоде, что в примере соответствует 14,5-3,2=11,3 В. Согласно закону Ома необходимое сопротивление равно R=11,3/0,02=565 Ом. Где 0,02 – это ток 20 мА выраженный в амперах.

Для подключения двух или трех светодиодов последовательно падение напряжения на них суммируется и расчет выполняется аналогично. Более трех светодиодов последовательно в одну цепочку подключить не получится, так как не хватит напряжения бортовой сети.

Для подключения нескольких светодиодов или их групп параллельно необходимо рассчитывать и устанавливать токоограничивающие резисторы на каждую ветку.

Более простой способ – применение стабилизаторов тока или так называемых драйверов. Они подбираются в соответствии с напряжением бортовой сети и требуемой силы тока на выходе. При этом, не стоит использовать драйверы для мощных светодиодов, подключая к ним в параллель несколько веток маломощных светодиодов. Это вскоре приведет к выходу из строя одной из веток, и ток с нее добавится к другим веткам. Последствие – выход из строя остальных светодиодов.

В завершение стоит отметить, что даже при использовании драйвера для светодиодов последние будут постоянно изменять яркость свечения в зависимости от оборотов двигателя и от того, работает он или нет. Чтобы добиться одновременно и долговечной работы светодиодов, и равномерности их свечения, перед драйвером в цепь добавляется стабилизатор напряжения, желательно импульсный.

Как узнать ток и напряжение светодиода

Главная » Электрика » Компоненты

Автор: Школа светодизайна MosBuild

В связи с глобальным развитием технологий широкое применение в электронике получили светодиоды. Они обладают множеством особенностей, из которых можно выделить компактность и яркое свечение. Помимо номинального тока, который является их главным параметром, нужно знать рабочее напряжение светодиодов. Этот параметр часто используют для проведения расчетов. Если правильно подобрать параметры устройства, можно продлить срок его службы. Напряжение для светодиода является разницей потенциалов на p-n-переходе, что отмечается в паспортных данных прибора. Бывают случаи, когда нет информации о конкретном изделии, тогда возникает вопрос: «Как определить падение напряжения на светодиоде?».

Содержание

Определение тока
Как узнать падение напряжения?
Теоретический метод
Практический метод

Определение тока

Для осуществления этого есть несколько методов.

Рассмотрим наиболее простой из них. Чтобы определить номинальный ток светодиода, потребуется наличие тестера, называемого мультиметром. Такой метод также применяется для обычных диодов.

Измерение силы тока светодиода

Тестирование проводится следующим образом:

Щупы мультиметра подключаются плюсовым выводом к аноду, а минусовым к катоду.
Анодный вывод у светодиода делается длиннее, чем катодный.
Прозванивать можно светодиоды, у которых небольшое напряжение питания. Если у них большая мощность, применять такой метод нельзя.

Лучше воспользоваться проверенным способом измерения характеристик устройства. Для этого понадобятся:

блок питания, рассчитанный на 12 В;
мультиамперметр;
постоянные резисторы – 2,2 и 1 кОм, а также 560 Ом;
переменный резистор – 470–680 Ом;
вольтметр, желательно цифровой;
провода для коммутации схемы.

Как и в предыдущем случае, потребуется узнать полярность диода.

Если по его выводам непонятно, где «+» и «-», тогда придется к одному из выводов подсоединить резистор 2,2 кОм. После этого нужно подключить светодиод к блоку питания. При его свечении нужно отключить питание и промаркировать нужный выход «+».

Теперь нужно заменить резистор 2,2 кОм на 560 Ом. В эту цепь последовательно подсоединяется переменный резистор, а также миллиамперметр для проведения замера. Вольтметр, у которого разрешение 0,1 В, подключается параллельно светодиоду. После этого необходимо установить максимальное сопротивление у переменного резистора.

Мультиметр для замера силы тока и напряжения светодиода

Можно подсоединить собранную схему к блоку питания, соблюдая полярность. После включения у светодиода будет блеклое свечение. Сопротивление постепенно снижают и следят за вольтметром. Определенное время напряжение будет расти до 0,5 В, расти будет и ток, что влияет на увеличение яркости светодиода. Необходимо фиксировать показания каждые 0,1 В. Оптимальный рабочий ток будет достигнут, когда величина напряжения станет расти медленнее силы тока, а яркость перестанет увеличиваться.

Как узнать падение напряжения?

Для того чтобы определить, на сколько вольт светодиод, можно воспользоваться теоретическим и практическим методами. Они оба хороши и применяются в зависимости от ситуации и сложности испытуемого прибора.

Теоретический метод

Для анализа характеристик светодиода таким способом большую подсказку дают габариты прибора, цвет и форма его корпуса. Примеси различных химических элементов вызывают свечение кристаллов от красного до желтого цвета. Конечно, если видна расцветка корпуса, тогда можно определить некоторые параметры светодиода по внешнему виду. Но при его прозрачности придется воспользоваться мультиметром. Выставляем тестер на «обрыв» и щупами прикасаемся к выводам светодиода. Ток, проходящий через светодиод, вызывает слабое свечение кристалла.

Типы и виды светодиодов

В состав этих изделий входят различные полупроводниковые металлы. Этот фактор и влияет на падение напряжения на p-n-переходе. Чтобы обозначить такие характеристики, независимо от марок и производителей светодиода, их окрашивают в различные цвета. Но стоит знать, что конкретно утверждать, на сколько вольт светодиод, опираясь только на его окраску, будет неверно. Цвета этих приборов дают приблизительные значения для проведения измерений. Примерные параметры по цветовому признаку приведены в таблице.

Цвет прибора	Напряжение, В
Красный	1,63–2,03
Желтый	2,1–2,18
Зеленый	1,9–4,0
Синий	2,48–3,7
Оранжевый	2,03–2,1
Инфракрасный	до 1,9
Фиолетовый	2,76–4
Белый	3,5
Ультрафиолетовый	3,1–4,4

Примерные характеристики светодиода можно определить по цвету его корпуса и размерам

На прямое напряжение светодиода не воздействуют габариты или вариации корпуса, однако может проглядываться количество кристаллов, которые излучают свет и соединяются последовательно. Бывают виды элементов SMD, где люминофор прячет цепочку кристаллов.

В корпусе SMD-светодиода последовательно соединяются три кристалла белого цвета. Наиболее часто они применяются в лампах на 220 В китайского производства. Из-за того, что такие светодиоды начинают реагировать только от 9,6 вольт, протестировать их мультиметром не удастся, так как его батарейка питания рассчитана на 9,5 В.

Теоретически можно воспользоваться интернетом, скачав специальную программу datasheet, в поисковике которой вписать известные параметры светодиода, его цвет. Это позволит найти приблизительные характеристики, где падение напряжения и значения тока могут быть неточными.

Практический метод

Проведение тестирования практическим способом позволяет получить наиболее точные значения силы тока и падения напряжения. Рассчитанная таким образом характеристика прибора позволяет безопасно и долговременно использовать его по назначению. Для получения неизвестных параметров потребуется вольтметр, мультиметр, блок питания, рассчитанный на 12 В, резистор от 510 Ом.

Принцип измерений аналогичен описанному выше для тестирования светодиода на номинальный ток. Необходимо собрать схему с резистором и вольтметром, после чего увеличивать постепенно напряжение до начала свечения кристалла. При достижении яркости высшей точки показания замедляют рост. Можно снимать с экрана номинальное напряжение светодиода.

При 1,9 вольт может отсутствовать свечение. В этом случае часто проверяется инфракрасный диод. Чтобы это уточнить, необходимо перевести излучатель в телефонную камеру. Если будет видно на экране белое пятно, то это и есть инфракрасный диод.

Схема проверки падения напряжения на светодиоде

Если нет возможности применить блок питания на постоянные 12 В, можно использовать батарейку «Крона», рассчитанную на 9 вольт. При отсутствии вышеперечисленных источников питания отлично подойдет стабилизатор сетевого напряжения, который может выдавать необходимое выпрямленное напряжение, только потребуется заново рассчитать номинал сопротивления резистора, задействованного в схеме. В этом случае также нужно повышать напряжение до засвечивания светодиода. Напряжение, при котором произойдет свечение, и будет номинальным, на которое он рассчитан.

При неизвестных характеристиках светодиода обязательно необходимо рассчитывать его значения номинального тока и падения напряжения, чтобы предотвратить быстрый выход из строя.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:

Руководство по проектированию светодиодных схем и основам работы со светодиодами

В течение многих лет светодиоды (LED) были популярным выбором для использования в индикаторах состояния и матричных панелях. Теперь вы можете выбирать между недавно разработанными синими и белыми типами (широко используемыми в портативных устройствах), а также вездесущими зелеными, красными и желтыми типами. Например, белые светодиоды считаются идеальным фоновым освещением для цветных дисплеев. Но следует учитывать присущие этим новым светодиодным устройствам особенности при проектировании блоков питания для них. В этой статье описываются свойства старых и новых светодиодов, а также производительность, необходимая для источников питания, которые их активируют.

Самый простой способ управлять светодиодом — подать на него источник напряжения с последовательным резистором. Светодиод излучает свет постоянной интенсивности, пока рабочее напряжение (V _B) остается постоянным (хотя интенсивность уменьшается с повышением температуры окружающей среды). Вы можете изменить интенсивность света по мере необходимости, изменяя номинал резистора.

Для стандартного светодиода диаметром 5 мм на рисунке 1 показано прямое напряжение (В _F ) по сравнению с прямым током (I _F ). Обратите внимание, что падение напряжения на светодиоде увеличивается с увеличением прямого тока. Предполагая, что один зеленый светодиод с прямым током 10 мА должен иметь постоянное рабочее напряжение 5 В, последовательный резистор R _V равен (5 В — В _{F, 10 мА} )/10 мА = 300 Ом. Прямое напряжение составляет 2 В, как показано на графике типичных рабочих условий, приведенном в техническом паспорте (рис. 2).

Рис. 1. Стандартные красные, зеленые и желтые светодиоды имеют прямое напряжение в диапазоне от 1,4 В до 2,6 В, в зависимости от желаемой яркости и выбора прямого тока. Для прямых токов ниже 10 мА прямое напряжение изменяется всего на несколько сотен милливольт

Излучаемый цвет (длина излучаемой волны) остается относительно постоянным при изменении прямого тока, рабочего напряжения и температуры окружающей среды. Стандартные зеленые светодиоды излучают длину волны около 565 нм с небольшим допуском всего 25 нм. Параллельная работа нескольких таких светодиодов не представляет проблемы (рис. 3), поскольку цветовая разница очень мала. Нормальное изменение прямого напряжения вызывает небольшие различия в интенсивности света, но они также незначительны. Обычно вы можете пренебречь любыми различиями между светодиодами одного производителя и одной партии.

Таким образом, стоимость электроэнергии для эксплуатации стандартных светодиодов достаточно низкая. Повышающие преобразователи или сложные и дорогие источники тока не нужны, если рабочее напряжение светодиода выше, чем его максимальное прямое напряжение.

Светодиоды, излучающие синий свет, долгое время были недоступны. Инженеры-конструкторы смогли прибегнуть только к существующим цветам: красному, зеленому и желтому. Ранние «синие» устройства на самом деле были не синими светодиодами, а небольшими лампочками накаливания, окруженными диффузором синего цвета.

Первые «истинно синие» светодиоды были разработаны несколько лет назад с использованием чистого кремний-углеродного материала (SiC), но их светоотдача была низкой. Устройства следующего поколения имели базовый материал из нитрида галлия, который достиг светоотдачи в несколько раз по сравнению с первыми версиями. Сегодняшний эпитаксиальный материал для синих светодиодов называется нитридом индия-галлия (InGaN). Излучая с длиной волны в диапазоне от 450 до 470 нм, светодиоды InGaN производят в пять раз больше света, чем светодиоды из нитрида галлия.

Настоящие светодиоды, излучающие белый свет, недоступны. Такое устройство сложно построить, потому что светодиоды обычно излучают одну длину волны. Белый не появляется в спектре цветов; вместо этого для восприятия белого цвета требуется смесь длин волн.

Хитрость используется для изготовления белых светодиодов. Основной материал InGaN, излучающий синий цвет, покрыт материалом преобразователя, который излучает желтый свет при стимуляции синим светом. В результате получается смесь синего и желтого света, воспринимаемая глазом как белая (рис. 4).

Рис. 4. Длина волны излучения белого светодиода (сплошная кривая) включает пики в синей и желтой областях, но человеческий глаз интерпретирует их как белый свет. Для сравнения показана относительная светочувствительность человеческого глаза (пунктирная кривая).

Цвет белого светодиода определяется цветовыми координатами. Значения этих координат X и Y рассчитываются в соответствии с инструкциями, приведенными в публикации 15.2 Международной комиссии по освещению (CIE). В технических описаниях белых светодиодов часто указывается изменение этих цветовых координат при увеличении прямого тока (рис. 5).

К сожалению, со светодиодами на основе технологии InGaN не так просто обращаться, как со стандартными зелеными, красными и желтыми светодиодами. Преобладающая длина волны (цвет) светодиода InGaN изменяется в зависимости от прямого тока (рис. 6). Белые светодиоды, например, демонстрируют сдвиг цвета из-за различной концентрации материала преобразователя, в дополнение к изменению длины волны с прямым напряжением для материала InGaN, излучающего синий свет. Это изменение цвета можно увидеть на рисунке 5, где смещение координат X и Y означает изменение цвета. (Как упоминалось ранее, белые светодиоды не имеют определенной длины волны.)

Прямое напряжение сильно изменяется при прямом токе до 10 мА. Диапазон изменения составляет около 800 мВ (некоторые типы диодов изменяются еще больше). Таким образом, изменение рабочего напряжения, вызванное разрядкой батареи, меняет цвет, поскольку изменение рабочего напряжения изменяет прямой ток. При прямом токе 10 мА прямое напряжение составляет около 3,4 В (эта величина варьируется в зависимости от производителя и колеблется от 3,1 В до 4,0 В). Вольт-амперная характеристика также сильно различается от светодиода к светодиоду (см. ниже). Работа светодиода напрямую от батареи затруднена, потому что состояние разрядки большинства батарей ниже минимально необходимого прямого напряжения светодиода.

Многие портативные устройства и устройства с батарейным питанием используют белые светодиоды для фоновой подсветки. В частности, цветные дисплеи КПК нуждаются в белой подсветке для получения цветопередачи, близкой к оригиналу. Будущие мобильные телефоны 3G будут поддерживать изображения и видеоданные, для которых требуется белая подсветка. Цифровые фотокамеры, MP3-плееры и другое видео- и аудиооборудование также включают в себя дисплеи, для которых требуется белая подсветка.

В большинстве случаев одного белого светодиода недостаточно, поэтому необходимо использовать несколько светодиодов вместе. Необходимо предпринять специальные шаги, чтобы убедиться, что их интенсивность и цвет совпадают, даже если заряд батареи и другие условия различаются.

На рис. 7 показаны кривые вольтамперной характеристики для группы случайно выбранных белых светодиодов. Подача напряжения 3,3 В на эти светодиоды (верхняя пунктирная линия) создает прямые токи в диапазоне от 2 мА до 5 мА, что, в свою очередь, дает различные оттенки белого цвета. Координата Y, в частности, сильно изменяется в этой области (рис. 5), что приводит к неверному воспроизведению цвета на освещенном дисплее. Светодиоды также имеют разную силу света, что создает неоднородное освещение. Еще одна проблема – требуемое минимальное напряжение питания. Для работы светодиодов необходимо напряжение значительно выше 3 В. Ниже этого уровня несколько светодиодов могут оставаться полностью темными.

Рис. 7. Эти кривые иллюстрируют значительные различия в вольт-амперных характеристиках белых светодиодов, даже случайно выбранных из одной производственной партии. Параллельная работа нескольких таких светодиодов при постоянном напряжении 3,3 В (верхняя пунктирная линия) дает разные оттенки белого и разную яркость.

Литий-ионный аккумулятор при полной зарядке обеспечивает выходное напряжение 4,2 В, которое после короткого периода работы падает до номинального значения 3,5 В. Это напряжение снижается до 3,0 В по мере разрядки аккумулятора. Если белые светодиоды работают напрямую от батареи, как показано на рис. 3, возникают следующие проблемы:

Сначала, когда батарея полностью заряжена, горят все диоды, но с разными оттенками интенсивности и цвета. Когда напряжение батареи падает до номинального уровня, интенсивность света уменьшается, а различия в белом цвете становятся сильнее. Поэтому разработчик должен учитывать значение напряжения батареи и прямого напряжения диода, для которых рассчитывается последовательный резистор. (При полностью разряженной батарее некоторые светодиоды будут полностью темными.)

Целью источника питания светодиодов является обеспечение достаточно высокого выходного напряжения и обеспечение одинакового тока через все параллельно подключенные светодиоды. Обратите внимание (рис. 5), что если все белые светодиоды параллельной конфигурации имеют одинаковые токи, все они будут иметь одинаковые координаты цветности. Для этой цели Maxim предлагает зарядовый насос с контролем тока (MAX1912).

В параллельной конфигурации трех светодиодов, показанной на рис. 8, зарядовая подкачка представляет собой крупномасштабный тип, который увеличивает входное напряжение в 1,5 раза. Раньше зарядовые насосы просто удваивали входное напряжение, но этот новый метод обеспечивает более высокую эффективность. Входное напряжение повышается до уровня, который позволяет работать только светодиодам. Сети резисторов, подключенные к SET (вывод 10), обеспечивают одинаковые токи во всех светодиодах. Внутренняя схема поддерживает напряжение SET на уровне 200 мВ, поэтому ток через любой светодиод можно рассчитать как I _{Светодиод} = 200 мВ/10 Ом = 20 мА. Если для некоторых диодов требуется меньший ток, вы можете подключить более трех диодов параллельно, поскольку MAX1912 выдает до 60 мА. См. техническое описание MAX1912 для дальнейших применений и схем.

Рис. 8. Эта ИС сочетает в себе насос заряда с управлением током. Насос заряда обеспечивает достаточное рабочее напряжение для белых светодиодов, а управление током обеспечивает однородный белый свет, пропуская одинаковые токи через каждый светодиод.

Белые светодиоды
могут легко работать, если система обеспечивает напряжение выше, чем прямое напряжение диодов. Цифровые фотокамеры, например, обычно имеют питание +5 В. В этом случае вам не нужна функция форсирования, потому что напряжение питания имеет достаточный запас для питания светодиодов. Для схемы, показанной на рис. 8, следует выбрать согласованный источник тока. Например, MAX1916 может параллельно управлять тремя светодиодами (рис. 9).
Рисунок 9. Один внешний резистор (R _SET) программирует значение одинаковых токов, подаваемых на каждый светодиод. Подача сигнала с широтно-импульсной модуляцией на контакт включения (EN) этой ИС обеспечивает простое управление яркостью (функция затемнения).
Операция проста: Резистор R _SET программирует ток, который форсируется через подключенные светодиоды. Этот подход занимает очень мало места на доске. Помимо микросхемы (небольшой корпус SOT23 с 6 выводами) и нескольких обходных конденсаторов, требуется только один внешний резистор. ИС обеспечивает превосходное согласование токов между светодиодами на уровне 0,3%. Эта конфигурация обеспечивает идентичные местоположения цветности и, следовательно, идентичные типы белого света от каждого светодиода.
Диммирование Меняется интенсивность света
Некоторые портативные устройства контролируют интенсивность своего светового потока в зависимости от условий окружающего освещения, а другие снижают интенсивность света с помощью программного обеспечения после короткого периода ожидания. Обе эти операции требуют затемнения светодиодов, и такая функция затемнения должна одинаково влиять на каждый прямой ток, чтобы избежать возможных сдвигов в координации цветности. Эта однородность может быть достигнута с помощью небольшого цифро-аналогового преобразователя, который регулирует ток через резистор R 9.0012 КОМПЛЕКТ резистор.
Преобразователь с 6-битным разрешением, такой как MAX5362 с интерфейсом, совместимым с I ² C*, или MAX5365 с интерфейсом, совместимым с SPI™, делает возможной функцию диммирования с 32 ступенями интенсивности света (рис. 10). Тип белого света светодиодов меняется с изменением яркости, потому что прямой ток влияет на координаты цветности. Это не должно быть проблемой, потому что одинаковые прямые токи заставляют каждый диод в группе излучать одинаковый свет.
Рис. 10. Этот цифро-аналоговый преобразователь управляет затемнением светодиодов путем одновременного изменения их прямых токов.
Функция затемнения, при которой координаты цветности не перемещаются, называется широтно-импульсной модуляцией. Это может быть реализовано с большинством источников питания, которые обеспечивают функцию включения или выключения. MAX1916, например, ограничивает ток утечки через светодиоды всего до 1 мкА, как только часть отключается путем понижения EN. Результат — нулевое излучение света. Подтягивание EN к высокому уровню направляет запрограммированный прямой ток через светодиоды. Если вы подаете сигнал с широтно-импульсной модуляцией на EN, яркость будет пропорциональна коэффициенту заполнения этого сигнала.
Координаты цветности не меняются, потому что каждый светодиод продолжает видеть один и тот же прямой ток. Однако человеческий глаз воспринимает изменение рабочего цикла как изменение яркости. Частоты выше 25 Гц не воспринимаются человеческим глазом, поэтому частота переключения 200-300 Гц является хорошим выбором для ШИМ-диммирования. Более высокие частоты могут вызвать проблемы, поскольку координаты цветности могут смещаться в течение короткого интервала времени, необходимого для включения и выключения светодиодов. ШИМ-сигнал может подаваться с вывода ввода-вывода микропроцессора или с одного из его периферийных устройств. Количество доступных шагов яркости зависит от ширины регистра счетчика, используемого для этой цели.
Импульсный повышающий преобразователь с контролем тока
Помимо упомянутого выше зарядового насоса (MAX1912), вы также можете реализовать повышающий преобразователь с управлением по току. Импульсный преобразователь напряжения MAX1848, например, генерирует выходное напряжение до 13 В, чего достаточно для последовательного включения трех светодиодов (рис. 11). Этот подход, вероятно, самый чистый, потому что все светодиоды, соединенные последовательно, имеют одинаковый ток. Ток светодиода определяется R _SENSE и напряжением, подаваемым на вход CTRL.
Рис. 11. Тот же прямой ток, который управляется через вход CTRL (например) цифро-аналоговым преобразователем.
MAX1848 может реализовать функцию диммирования в соответствии с любым из методов, описанных выше. Прямой ток через светодиоды пропорционален напряжению на выводе CTRL. Поскольку MAX1848 переходит в режим выключения, когда напряжение, подаваемое на CTRL, падает ниже 100 мВ, вы также можете реализовать функцию диммирования ШИМ.
Резюме
Белые светодиоды могут работать параллельно, если вы позаботитесь о том, чтобы обеспечить излучение однородного белого света, сделав их прямые токи равными. Для работы светодиодов выберите либо управляемый источник тока, либо комбинацию повышающего преобразователя с управлением током. Используя подкачивающие насосы или переключаемые повышающие преобразователи, вы можете реализовать такие комбинации с несколькими стандартными продуктами.
Литература
Спецификация «LR5360, LS5360, LY5360, LG5360», OSRAM Opto Semiconductors, Регенсбург, 2001 г.
«Управление светодиодами на основе InGaN в параллельных цепях», Герхард Шарф, OSRAM Opto Semiconductors, ноябрь 2001 г.
Колориметрия, 2 ^{-е издание}, публикация CIE 15.2-1986, ISBN 3 900 734 00 3.
Спецификация «Hyper ChipLED LW Q983», OSRAM Opto Semiconductors, Регенсбург, 2001 г.
Спецификация MAX1912, Maxim Integrated, 2002: MAX1912.
Определение правильного диапазона напряжения драйвера светодиода для светодиодов постоянного тока
Выбор драйвера светодиодов с правильным диапазоном прямого напряжения имеет решающее значение для конструкций светодиодных светильников, а также при согласовании драйвера светодиодов постоянного тока с осветительным прибором.
Однако это не всегда так просто, как кажется.
Во-первых, прямое напряжение светодиода неодинаково от кристалла к кристаллу, существует допуск, который обычно указывается производителем. Вот почему ADM рекомендует не подключать светодиоды к драйверу светодиодов постоянного тока параллельно.
Допустим, у вас есть драйвер постоянного тока для светодиодов с выходным током 1 А, который питает 5 светодиодов с номинальным входным током 200 мА. Из-за допустимого производственного допуска один из светодиодов загорается при достижении выходным напряжением драйвера светодиодов 9 В, другой — при 9,3 В, а остальные — при 9,5 В, 9,6 В и 9,7 В.
Поскольку первый светодиод загорается раньше других, он будет потреблять немного больший ток, чем необходимо. Питание других светодиодов будет немного снижено. Поскольку первый светодиод перегружается, вполне вероятно, что срок его службы сократится, и он может преждевременно выйти из строя. Эта неудача имеет эффект домино. Поскольку теперь к драйверу светодиодов подключено только четыре светодиода, все они будут питаться током 250 мА. Это означает, что все 4 светодиода перегружены. Это, скорее всего, приведет к скорому выходу из строя другого светодиода. Конечно, это означает, что оставшиеся 3 светодиода теперь питаются от 333 мА, а это значит, что скоро они тоже выйдут из строя.
Во-вторых, напряжение светодиода изменяется при повышении или понижении температуры перехода.
Правильная работа драйвера светодиодов имеет решающее значение для функциональности и надежности светодиодного светильника. Поэтому стоит изучить факторы, влияющие на напряжение светодиода.
Проектирование светодиодного светильника требует многомерных инженерных навыков с учетом оптических, тепловых и электрических аспектов проектирования.
Для достижения заданных оптических требований сначала определяются тип и количество светодиодов, а также требуемый управляющий ток. В зависимости от определенных соображений безопасности и/или модульного подхода к проектированию определенное количество светодиодов размещается в одной цепочке.
После определения этих факторов можно произвести первую оценку рабочего напряжения светодиода, умножив количество светодиодов в одной цепочке на типичное прямое напряжение (Vforward) одного светодиода.
Vforward_total = Vforward x Num/String
Это вычисление дает приблизительную оценку диапазона рабочего напряжения и вместе с определенным током возбуждения может использоваться для определения выходной мощности светодиодного драйвера.
Тем не менее, это число не является абсолютным значением и не приведет к качественному электрическому проекту.
Для точного определения требуемого выходного напряжения драйвера светодиодов необходимо учитывать следующие атрибуты:
Вольт-амперные характеристики
Варианты производства
Температурный коэффициент
Характеристики V-I светодиода
В идеальном случае прямое напряжение светодиода не изменяется при увеличении тока (рис. 1).

Однако прямое напряжение меняется в зависимости от тока, поэтому важно проверять напряжение светодиода на основе фактического потребляемого тока во время использования, а не обращаться к данным спецификации, полученным в стандартных условиях испытаний.
В приведенном ниже примере спецификация показывает, что типичное напряжение светодиода составляет 3,2 В. Если светодиод используется не на 350 мА, а на 1 А, то вместо 3,2 В/светодиод типичное напряжение светодиода становится 3,8 В/светодиод. Эта разница в 0,6 В может привести к совершенно другому результату, если последовательно подключить большое количество светодиодов. Ситуация может стать еще хуже, если драйвер светодиода имеет высокий пульсирующий ток, что приведет к пиковому току выше 1 А и, следовательно, пиковому напряжению превысит 3,8 В (рис. 2).

Допуски на производство светодиодов
Прямое напряжение на каждом кристалле светодиода имеет вариации из-за технологического дрейфа.
Зрелый производственный процесс должен обеспечивать более жесткие допуски, обеспечивающие нормальное распределение (рис. 3).

Типичное отклонение напряжения из-за производственных отклонений составляет менее 10%, что можно косвенно вывести из соотношения между типичным и максимальным напряжением , опубликованным в техническом описании светодиода, например, как показано в следующей таблице:

Производственные данные, такие как фактическое распределение прямого напряжения, скорее всего, необходимо будет запросить непосредственно у производителя светодиодов.
Хотя абсолютный максимум/минимум составляет +/- 10 %, по статистике, чем больше светодиодов соединено последовательно, тем больше вероятность того, что суммарное прямое напряжение установится около типичного значения напряжения.
Рекомендуется создать запас по напряжению, запас в 10 % от типичного напряжения считается безопасным. Тем не менее, ADM рекомендует более высокий запас в 20 %, что гарантирует, что драйвер светодиода не будет работать сверх установленного предела, что продлит срок службы драйвера светодиода.
Температурный коэффициент светодиода
Прямое напряжение светодиода имеет отрицательный температурный коэффициент, это означает, что чем выше температура, тем ниже прямое напряжение.
Светодиод представляет собой самонагревающийся элемент, и при хорошей тепловой конструкции светильника постоянная рабочая температура и рабочее напряжение светодиода должны быть достаточно стабильными.
Прямое напряжение будет максимальным, когда светодиодный светильник запускается при низкой температуре (рис. 4).
Заголовок

Для оценки потребности в дополнительном напряжении при низкой температуре в паспорте светодиода обычно приводится типичная кривая V-T в соответствии со стандартными условиями испытаний (например, 350 мА). Многие производители также предоставляют программный инструмент для определения напряжения в соответствии с переменными параметрами, такими как температура перехода (Tj), управляющий ток и т. д.
Типовая кривая VT драйвера светодиодов температура и требования к напряжению из-за производственного допуска или разницы в токе.
Когда низкая температура вызывает повышение напряжения, потребность в дополнительном напряжении носит временный характер, поэтому нет необходимости постоянно резервировать запас напряжения.
MEAN WELL производит передовые драйверы светодиодов, оснащенные функцией адаптации к напряжению, которая управляет кратковременным требованием напряжения.
Например, HLG-480H-C компании MEAN WELL имеет функцию «адаптации к окружающей среде», которая может автоматически снижать выходной ток в обмен на более высокое выходное напряжение, сохраняя при этом общую выходную мощность драйвера светодиодов в пределах максимальной выходной мощности, указанной в спецификации. . По мере постепенного прогрева светодиодного светильника напряжение падает до нормального уровня, а ток возвращается к исходному заданному значению.
Действующая функция адаптации к условиям окружающей среды обеспечивает запас по напряжению на 20 % больше. Например, номинальный диапазон прямого напряжения MEAN WELL HLG-480H-C1400 составляет 171–343 В. Это может временно повысить напряжение до 412 В, чтобы обеспечить успешный запуск светодиодного светильника при экстремально низкой температуре (например, -40°C).
Пример расчета напряжения и выбора драйвера светодиодов
В конструкции светодиодного светильника используется 100 светодиодов, как показано на рис. 2, ток возбуждения составляет 1,05 А.

Всего имеется 2 цепочки, что означает, что в каждой цепочке 50 светодиодов. Минимальная рабочая температура согласно техпаспорту светодиодов составляет 0°C.
Существует два возможных метода определения требований к напряжению:

Способ 1:
Введите эти параметры в программное обеспечение, предоставленное производителем, для расчета рабочей точки светодиода с запасом.
Для этого вам, вероятно, потребуется запросить более подробную информацию у производителя, как обсуждалось выше.
Способ 2:
Проверьте техническое описание светодиода и выполните следующие действия:
Шаг 1:
Проверьте кривую V-I светодиода, найдите напряжение на кривой в соответствии с током возбуждения.
Согласно рис. 2 типичное прямое напряжение при 1,05 А составляет 3,8 В
Шаг 2:
Умножьте это напряжение на количество светодиодов в одной цепочке.
3,8 (В) x 50 (шт.) = 190 В
Шаг 3:
Примите во внимание производственный допуск светодиода, рассчитав соотношение между типичным и максимальным напряжением светодиода.
3,48 (В) / 3,2 (В) = 108,75 %
190 (В) x 108,75 % = 206,6 (В)

Краткий обзор: пульсации тока от драйвера светодиода здесь не учитываются.)
Шаг 4:
Примите во внимание температурный коэффициент, чтобы оценить наихудшее пусковое напряжение.
Из рис. 4 видно, что типичное напряжение при 0°C составляет 3,6В, а при 85°C — 3,2В.

Предполагая, что светодиоды обычно работают при температуре Tj 85°C, можно использовать приведенную ниже формулу для расчета наихудшего напряжения при холодном запуске:
3,6 (В, Tj=0) / 3,2 (В, Tj=85) = 1,125 < 1,2
При холодном запуске:
Типичное общее прямое напряжение составляет 190 В x 1,2 = 228 В　
Общее прямое напряжение для наихудшего случая составляет 207 В x 1,2 = 248,4 В приложением является MEAN WELL HLG-480H-C2100 по следующим причинам:

Обычно для светодиодного светильника требуется 190 В при 2,1 А (399 Вт), а в худшем случае — 207 В (435 Вт).
Это соответствует спецификациям HLG-480H-C2100.