Предимства и недостатъци на различните начини за конфигуриране на LED осветление;
Непрекъснато търсим най-ефективните решения в областта на осветлението. Светодиодите имат огромен успех. Яркостта им наистина е задоволителна и цените вече не са страшни. Добре е да знаем как да ги конфигурираме така, че да отговарят най-добре на нашите очаквания.
Контрол на яркостта и цвета
За прецизен контрол на яркостта и цвета на LED осветлението най-често се използва DC захранване. Той регулира тока, който достига до светодиодите, независимо от външни фактори като разликите между директните спада на напрежението на проводимостта (Uf) на различните диоди, вариациите на захранващото напрежение и т.н. Токът, с който се доставят светодиодите, има избраната стойност, независимо от условията на работа.
Опции за конфигуриране
Има два основни начина за свързване на множество светодиоди, последователно или паралелно. И двете архитектури имат своите плюсове по отношение на ефективност, настройка на яркостта и устойчивост на повреда. Третият вариант е хибридно решение, наречено смесена връзка, което комбинира серийни и паралелни конфигурации.
Фигура 1: Последователна връзка.
Как изглежда серийната връзка?
При последователно свързване на светодиоди катодът на първия диод е свързан с анода на втория и т.н. Тази схема е показана на фигура 1.
Основното предимство на серийната връзка е максималното регулиране на яркостта, което означава, че разликите в яркостта на различните светодиоди са незабележими. Регулирането на яркостта се дължи на идентичната стойност на тока през всеки диод и не зависи от вариациите на спада на напрежението в директната проводимост на различните диоди. Общото напрежение в струната зависи от броя на диодите в струната и стандартния спад на напрежението с пряка проводимост (Uf) на всеки светодиод. Например: ако низът съдържа 20 светодиода с директен спад на напрежението Uf = 3.5VDC, тогава общото напрежение на струната е 70VDC. Едно захранване с постоянен ток захранва всеки от светодиодите. В тази конфигурация всички диоди получават ток със същата стойност.
Предимствата на серийната връзка• проста конфигурация, включваща една верига;
• липса на диспропорция на тока - всички светодиоди от серията получават ток със същата стойност;
• висока ефективност на системата - не е необходимо да се използват ограничаващи тока резистори;
• нормална работа на останалите диоди в случай, че единият от тях се повреди поради късо съединение и напрежението в линията намалява с Uf на LED диода, който вече не работи, намалявайки консумацията на ток. Общата яркост на лампата намалява само с един светодиод.
Недостатъци на серийната връзка• може да възникне много високо изходно напрежение, опасно в случай на голям брой светодиоди;
• целият низ изгасва, ако диодът се повреди поради отваряне във веригата. В тази ситуация може да се свърже паралелно обикновена байпасна верига, позволявайки да се пропусне дефектният диод, като по този начин се минимизират ефектите от прекъсването на веригата.
Как да изчислим необходимите параметри за LED захранването?
За да изчислим максималния брой светодиоди, които могат да бъдат безопасно свързани последователно с постояннотоковото захранване, трябва да разделим максималното изходно напрежение на захранването при спада на напрежението в директната проводимост на всеки от светодиодите.
Например: ако Uieş. макс. = 30VDC и проводимост = 3.0V, тогава максималният брой светодиоди 30/3 = 10. Общо 10 светодиода могат да бъдат свързани последователно към съответното DC захранване. За да зададем желания изходен ток на захранването, трябва да се консултираме с техническата спецификация на използваните светодиоди, като проверим препоръчителната стойност на тока. След това ще изберем LED захранване със същата оптимална стойност на тока.
Фигура 2: Паралелна връзка.
Как изглежда паралелната връзка?
Пример в този случай може да бъде лампа с 10 светодиода, в която могат да се използват два реда от пет диода, свързани паралелно. Тази конфигурация е показана на фигура 2.
Паралелното свързване на светодиодите позволява намаляване на максималното напрежение в един ред и увеличаване на устойчивостта на повреди. Общото напрежение в струната намалява в сравнение с последователната връзка с коефициент, равен на броя на паралелните струни.
Вариациите на Uf на различните светодиоди могат да причинят значителни диспропорции на текущите стойности във всеки низ, така че във всеки от струните се използват резистори, които помагат за балансиране на текущите стойности. Текущата стойност се разделя между различните струни в зависимост от това колко добре е избран текущо ограничителният резистор.
Предимствата на паралелното свързване• единично захранване, необходимо за конфигуриране;
• относително ниско общо изходно напрежение;
• възможността за балансирано разпределение на тока между редовете светодиоди в случай на подходящ избор на стойността на съпротивлението.
Недостатъци на паралелно свързване• текущото разпределение може да се подобри с цената на по-голямо потребление от него от резисторите и на намаляване на ефективността на системата;
• рискът от по-голямо натоварване на всички диоди, ако един диод в низа се повреди поради късо съединение - диодите ще трябва да се справят с по-висок ток, което вероятно ще доведе до отказ на други в системата. В резултат на това диодите в останалите редове ще бъдат видимо по-тъмни, тъй като общата стойност на тока е ограничена от текущата ефективност на захранването.
• целият низ изгасва, ако един диод се повреди поради отваряне във веригата, а токът в останалите струни, в зависимост от броя им, ще се увеличи. В тази ситуация може да се свърже паралелно обикновена байпасна верига, позволявайки да се пропусне дефектният диод, като по този начин се минимизират ефектите от прекъсването на веригата.
Как да изчислим максималното изходно напрежение на LED захранването?
За да се определи изходният ток на постояннотоковото захранване за LED осветлението, оптималната стойност на тока за използваните светодиоди ще трябва да се умножи по броя на струните. Например: ако оптималната стойност на тока за светодиодите е 350mA и имаме два реда диоди, текущата стойност на LED захранването трябва да бъде 350 × 2 = 700mA.
В паралелната конфигурация общият спад на напрежението в директната проводимост Uf ще бъде умножен по броя на светодиодите във всеки низ. Например: ако имаме 2 струни от по 5 диода и Uf е 3,5V, общият спад на напрежението в директната проводимост ще бъде 5 × 3,5 = 17,5VDC.
Фигура 3: Смесена връзка.
Как изглежда смесената връзка?
В тази конфигурация светодиодите се поставят в схемата на масив от редове и колони, както е показано на фигура 3.
Смесената връзка е опит да се премахнат някои от проблемите, характерни за серийната връзка, чрез добавяне на по-голям брой връзки между светодиодите.
Схемата на тази връзка е подобна на тази, използвана в случай на паралелно свързване на низове, с изключение на това, че връзката възниква между низовете. Първият светодиод във всеки низ е свързан паралелно с първите диоди в останалите струни. Всеки следващ диод - със светодиодите в близост.
Предимствата на смесената връзка• конфигурацията също изисква в този случай само захранване, тъй като изходното напрежение е относително ниско в сравнение с паралелната конфигурация;
• по своята същност е по-устойчив на дефекти;
• по-висока ефективност - обикновено няма нужда да се използват токови разпределителни резистори.
Недостатъци на смесената връзка• В случай на диспропорция на тока, добавянето на резистори за рационализиране на разпределението на тока не е толкова лесно, колкото при паралелната конфигурация;
• неравномерното разпределение на тока причинява нехомогенно разпределение на светлината и топлината;
• всички диоди от този ред изгасват, ако един LED диод се повреди в резултат на късо съединение, а останалите редове ще светят нормално, но яркостта на лампата намалява;
• повишен риск от повреда на следните диоди в този ред, ако един от тях се повреди поради повреда на веригата -
DC захранванията на Aimtec могат да се използват успешно във всяка от гореспоменатите конфигурации на LED осветление.
Те се предлагат във версията с общо предназначение за променливо входно напрежение, но също така и като модели, които работят с входно напрежение с постоянен ток.