Výhody a nevýhody rôznych spôsobov konfigurácie LED osvetlenia;
Neustále hľadáme najefektívnejšie riešenia v oblasti osvetlenia. LED diódy majú obrovský úspech. Ich jas je skutočne uspokojivý a ceny už nie sú strašidelné. Je dobré vedieť, ako ich nakonfigurovať, aby čo najlepšie zodpovedali našim očakávaniam.
Ovládanie jasu a farieb
Na presné riadenie jasu a farby LED osvetlenia sa najčastejšie používa jednosmerný zdroj napájania. Reguluje prúd, ktorý dosahuje LED, bez ohľadu na vonkajšie faktory, ako sú rozdiely medzi poklesmi priameho vodivého napätia (Uf) rôznych diód, zmeny napájacieho napätia atď. Prúd, ktorým sú napájané LED, má zvolenú hodnotu bez ohľadu na prevádzkové podmienky.
Možnosti konfigurácie
Existujú dva hlavné spôsoby pripojenia viacerých LED diód, sériovo alebo paralelne. Obidve architektúry majú svoje plusy z hľadiska efektívnosti, nastavenia jasu a odolnosti proti poruchám. Treťou možnosťou je hybridné riešenie nazývané zmiešané pripojenie, ktoré kombinuje sériovú a paralelnú konfiguráciu.
Postava 1: Sériové pripojenie.
Ako vyzerá sériové pripojenie?
V prípade sériového zapojenia LED diód je katóda prvej diódy spojená s anódou druhej atď. Táto schéma je znázornená na obrázku 1.
Hlavnou výhodou sériového zapojenia je maximálna úprava jasu, čo znamená, že rozdiely v jasnosti rôznych LED sú nepostrehnuteľné. Úprava jasu je spôsobená rovnakou hodnotou prúdu cez každú diódu a nezávisí od variácií poklesu napätia v priamom vedení na rôznych diódach. Celkové napätie v reťazci závisí od počtu diód v reťazci a od poklesu napätia štandardného priameho vedenia (Uf) každej LED. Napríklad: ak reťazec obsahuje 20 LED diód s priamym poklesom napätia Uf = 3,5 VDC, potom je celkové napätie reťazca 70 VDC. Každý z LED diód napája jeden jednosmerný zdroj napájania. V tejto konfigurácii prijímajú všetky diódy prúd rovnakej hodnoty.
Výhody sériového pripojenia• jednoduchá konfigurácia zahŕňajúca jeden obvod;
• nedostatok disproporcie prúdu - všetky LED diódy v sérii prijímajú prúd s rovnakou hodnotou;
• vysoká účinnosť systému - nie je potrebné používať rezistory obmedzujúce prúd;
• normálna prevádzka ostatných diód v prípade, že niektorá z nich zlyhá v dôsledku skratu a napätie v linke klesá s tým, že Uf LED diódy, ktorá už nefunguje, znižuje spotrebu prúdu. Celková jasnosť žiarovky klesá iba s jednou LED.
Nevýhody sériového pripojenia• môže sa vyskytnúť veľmi vysoké výstupné napätie, nebezpečné v prípade veľkého počtu LED;
• celý reťazec zhasne, ak zlyhá dióda z dôvodu prerušenia obvodu. V tejto situácii je možné paralelne zapojiť jednoduchý obtokový obvod, čo umožňuje vynechanie chybnej diódy, čím sa minimalizujú účinky prerušenia obvodu.
Ako vypočítať potrebné parametre pre napájanie LED?
Na výpočet maximálneho počtu LED, ktoré je možné bezpečne zapojiť do série s jednosmerným zdrojom, musíme rozdeliť maximálne výstupné napätie napájacieho zdroja pri poklese napätia v priamom vedení na každú z LED.
Napríklad: ak Uieş. max. = 30 VDC a vedenie = 3,0 V, potom maximálny počet LED 30/3 = 10. K príslušnému zdroju jednosmerného prúdu je možné zapojiť celkovo 10 LED. Aby sme nastavili požadovaný výstupný prúd napájacieho zdroja, musíme sa oboznámiť s technickou špecifikáciou použitých LED diód a skontrolovať odporúčanú hodnotu prúdu. Potom zvolíme LED napájací zdroj s rovnakou optimálnou hodnotou prúdu.
Obrázok 2: Paralelné pripojenie.
Ako vyzerá paralelné pripojenie?
Príkladom v tomto prípade môže byť žiarovka s 10 LED diódami, v ktorej je možné použiť dva reťazce piatich diód, zapojených paralelne. Táto konfigurácia je znázornená na obrázku 2.
Paralelné zapojenie LED diód umožňuje zníženie maximálneho napätia za sebou a zvýšenie odolnosti proti poruchám. Celkové napätie v reťazci klesá v porovnaní so sériovým pripojením s koeficientom rovným počtu paralelných reťazcov.
Variácie Uf rôznych LED môžu spôsobiť značné disproporcie aktuálnych hodnôt v každom reťazci, preto sa v každom z reťazcov používajú rezistory, ktoré pomáhajú vyvážiť aktuálne hodnoty. Aktuálna hodnota je rozdelená medzi rôzne reťazce podľa toho, ako dobre bol zvolený rezistor obmedzujúci prúd.
Výhody paralelného pripojenia• jediný konfiguračný zdroj napájania;
• relatívne nízke celkové výstupné napätie;
• možnosť vyváženého rozdelenia prúdu medzi radmi LED v prípade vhodnej voľby hodnoty odporu.
Nevýhody paralelného pripojenia• distribúciu prúdu je možné zlepšiť za cenu vyššej spotreby energie rezistormi a zníženou účinnosťou systému;
• riziko vyššieho zaťaženia všetkých diód, ak dôjde k zlyhaniu jednej diódy v reťazci v dôsledku skratu - diódy sa budú musieť vyrovnať s vyšším prúdom, čo pravdepodobne povedie k poruche ostatných v systéme. Vďaka tomu budú diódy v ostatných riadkoch viditeľne tmavšie, pretože celková hodnota prúdu je obmedzená aktuálnou účinnosťou napájacieho zdroja.
• celý reťazec zhasne, ak zlyhá jedna dióda z dôvodu prerušenia obvodu, a prúd v ostatných reťazcoch sa v závislosti od ich počtu zvýši. V tejto situácii je možné paralelne zapojiť jednoduchý obtokový obvod, čo umožňuje vynechanie chybnej diódy, čím sa minimalizujú účinky prerušenia obvodu.
Ako vypočítať maximálne výstupné napätie napájacieho zdroja LED?
Na určenie výstupného prúdu jednosmerného napájacieho zdroja pre LED osvetlenie sa bude musieť optimálna hodnota prúdu pre použité LED diódy vynásobiť počtom reťazcov. Napríklad: ak je optimálna hodnota prúdu pre LED diódy 350 mA a máme dva rady diód, musí byť aktuálna hodnota napájacieho zdroja LED 350 × 2 = 700 mA.
V paralelnej konfigurácii sa celkový pokles napätia v priamom vedení Uf vynásobí počtom LED v každom reťazci. Napríklad: ak máme 2 reťazce po 5 diódach a Uf je 3,5 V, celkový pokles napätia v priamom vedení bude 5 × 3,5 = 17,5 VDC.
Obrázok 3: Zmiešané pripojenie.
Ako vyzerá zmiešané spojenie?
V tejto konfigurácii sú LED umiestnené v schéme radu riadkov a stĺpcov, ako je to na obrázku 3.
Zmiešané pripojenie je pokusom o odstránenie niektorých problémov charakteristických pre sériové pripojenie pridaním väčšieho počtu spojení medzi LED diódami.
Schéma tohto spojenia je podobná schéme použitej v prípade paralelného reťazenia, až na to, že medzi reťazcami sa objaví spojenie. Prvá LED dióda v každom reťazci je zapojená paralelne s prvými diódami v ostatných reťazcoch. Každá ďalšia dióda - s LED diódami v okolí.
Výhody zmiešaného pripojenia• konfigurácia tiež vyžaduje v tomto prípade iba napájací zdroj, pretože výstupné napätie je v porovnaní s paralelnou konfiguráciou relatívne nízke;
• svojou povahou je odolnejší voči chybám;
• vyššia účinnosť - zvyčajne nie je potrebné používať rezistory na distribúciu prúdu.
Nevýhody zmiešaného pripojenia• V prípade disproporcie prúdu nie je pridanie odporov na zefektívnenie distribúcie prúdu také ľahké ako v paralelnej konfigurácii;
• nerovnomerné rozloženie prúdu spôsobuje nehomogénne rozloženie svetla a tepla;
• všetky diódy v danom rade zhasnú, ak dôjde k zlyhaniu jednej LED diódy v dôsledku skratu a ostatné rady budú normálne svietiť, ale jas žiarovky klesá;
• zvýšené riziko poruchy nasledujúcich diód v danom rade, ak jedna z nich zlyhá z dôvodu poruchy obvodu -
Aimtec jednosmerné napájanie je možné úspešne použiť v každej z vyššie uvedených konfigurácií LED osvetlenia.
Sú k dispozícii v univerzálnej verzii pre vstupné napätie AC, ale tiež ako modely, ktoré pracujú so vstupným napätím DC.