Details der LED-Verbindungsmethoden

LEDs verdrängen in unserem Leben souverän andere künstliche Lichtquellen aus der Lichttechnik. Wenn aber Glühlampen direkt an die Stromversorgung angeschlossen werden können, dann erfordert der Anschluss der LED- und Entladungslampen besondere Maßnahmen.

Gleichzeitig bereitet der Anschluss einer einzelnen LED keine Probleme. Und das Umschalten von ein paar Einheiten auf Hunderte ist nicht so einfach, wie es scheint.

Ein bisschen Theorie

Eine LED benötigt eine konstante Spannung oder einen konstanten Strom, um richtig zu funktionieren. Sie sollten:

1. Konstant in Richtung. Das heißt, der Strom in der LED-Schaltung muss bei angelegter Spannung von der Spannungsquelle „+“ zu deren „-“ fließen.
2. stabil, d. h. betragsmäßig konstant, während des Betriebs der Diode.
3. Nicht pulsierend - Nach der Gleichrichtung und Stabilisierung sollten sich die Werte der konstanten Spannung oder des konstanten Stroms nicht periodisch ändern.
   Schema der Spannungsform am Ausgang eines Vollweggleichrichters bei Filterung durch einen Elektrolytkondensator (schwarz-weiße Rechtecke, die im Diagramm mit "+" gekennzeichnet sind). Die gestrichelte Linie ist die Spannung am Gleichrichterausgang. Der Kondensator wird auf eine Halbwellenamplitude aufgeladen und entlädt sich allmählich am Lastwiderstand. "Schritte" sind Pulsationen. Das Verhältnis der Sprung- und Halbwellenamplituden in Prozent ist die Welligkeit.

Zum Leuchtdioden Zunächst wurden die verfügbaren Spannungsquellen verwendet - 5, 9, 12 V. Und die Betriebsspannung des p-n-Übergangs beträgt 1,9-2,4 bis 3,7-4,4 V. Daher ist das direkte Einschalten der Diode fast immer ihre physikalische Verbrennung Überhitzung mit einem großen Strom. aktueller Bedarf mit einem Strombegrenzungswiderstand begrenzen, Energie aufwenden, um es zu erhitzen.

LEDs können mehrteilig in Reihe geschaltet werden. Dann ist es durch Zusammenfügen einer Kette aus ihnen möglich, durch die Summe ihrer Durchlassspannungen fast die Spannung der Stromquelle zu erreichen. Und die verbleibende Differenz wird "zurückgezahlt", indem sie in Form von Wärme am Widerstand abgeführt wird.

Wenn es Dutzende von Dioden gibt, sind sie in Reihenschaltungen verbunden, die parallel geschaltet sind.

LED-Pinbelegung

LED-Polarität - Anode oder Plus und Kathode - Minus ist anhand der Bilder leicht zu bestimmen:

Bei zylindrischen Gehäusen ist die Kathode durch einen Schnitt an der Seite gekennzeichnet, die Anode ist länger und die Kathode kürzer.

Die Kathode von SMD-LEDs ist durch einen Schnitt auf dem Gehäuse gekennzeichnet.

In den Matrizen leistungsstarker COB-LEDs werden „+“ und „-“ auf Lötpads herausgedrückt.

LED-Schaltkreis

Die LED wird mit konstanter Spannung betrieben. Die Eigenschaften der nichtlinearen Abhängigkeit seines Innenwiderstandes erfordern jedoch, dass der Betriebsstrom in engen Grenzen gehalten wird. Bei einem Strom kleiner als der Nennstrom nimmt er ab Lichtfluss, und bei einem höheren Wert überhitzt der Kristall, die Helligkeit des Glühens nimmt zu und die "Lebensdauer" wird verringert. Die einfachste Art, es zu erweitern, besteht darin, den Strom durch den Kristall zu begrenzen, indem ein Strombegrenzungswiderstand eingebaut wird. Für leistungsstarke LEDs ist dies wirtschaftlich unrentabel, da sie mit Gleichstrom aus einer speziellen stabilen Stromquelle gespeist werden - Treiber.

serielle Verbindung

Eine LED ist ein ziemlich komplexes Beleuchtungsgerät. Es arbeitet mit einer sekundären Gleichspannungsquelle. Mit einer Leistung von mehr als 0,2-0,5 W verwenden die meisten LED-Geräte Stromquellen. Sie werden nicht ganz korrekt nach amerikanischer Manier Treiber genannt. Wenn Dioden in Reihe geschaltet werden, werden häufig Netzteile mit einer Spannung von 9, 12, 24 und sogar 48 V verwendet.In diesem Fall wird eine Reihenkette aufgebaut, in der 3-6 bis mehrere zehn vorhanden sein können Elemente.

Bei einer Reihenschaltung in einer Kette ist die Anode der ersten LED über einen Strombegrenzungswiderstand mit dem „+“ der Stromquelle verbunden, und die Kathode ist mit der Anode der zweiten verbunden. Und so ist die ganze Kette verbunden.

Schema der Serien-Parallel-Verbindung von drei Reihengruppen von LEDs in Ketten von drei LED-Elementen. Jeder Stromkreis hat links einen Strombegrenzungswiderstand. Es "löscht" den Überschuss der Summe der Durchlassspannungen der Dioden.

Beispielsweise haben rote LEDs eine Vorwärtsbetriebsspannung von 1,6 V bis 3,03 V. U_etc. = 2,1 V Eine LED am Widerstand mit einer Quellenspannung von 12 V hat eine Spannung von 5,7 V:

12V - 3x2,1V = 12 - 6,3 = 5,7V.

Und schon sind 3 aufeinanderfolgende Ketten parallel geschaltet.

Tabelle der Gleichspannung an der LED anhand der Farbe ihres Leuchtens.

Bei einer Reihenschaltung von LEDs sind die Ströme durch die LEDs gleich und der Abfall an jedem Element ist individuell. Sie hängt vom Innenwiderstand der Diode ab.

Eigenschaften der seriellen Verbindung:

• der Bruch eines Elements führt zum Abschalten aller;
• Kurzschluss - verteilt seine Spannung auf alle verbleibenden, die Helligkeit des Glühens nimmt auf ihnen zu und die Verschlechterung beschleunigt sich.

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Parallele Verbindung

Bei diesem LED-Anschlussschema sind alle Anoden miteinander und mit dem „+“ der Stromquelle und die Kathoden mit „-“ verbunden.

Eine solche Verbindung war bei den ersten LED-Girlanden, Linealen und Bändern bei einer Spannung von 3-5 V vorhanden.

Das ist die falsche Verbindung. Mit der unvermeidlichen Streuung der Parameter werden die Ströme durch die LEDs unterschiedlich sein. Und sie werden anders leuchten. Und sie heizen sich nicht gleich auf. Infolgedessen brennt der überhitzte beispielsweise bei einem offenen Stromkreis durch. Der Strom durch die verbleibenden Dioden D2, D3 wird zunehmen und die Spannung wird an ihnen steigen, weil ein kleinerer Gesamtstrom durch R1 einen kleineren Spannungsabfall darüber ergibt. Die zweite Diode brennt durch, was einen geringeren Innenwiderstand des pn-Übergangs hat.

Wenn beim Schließen des p-n-Übergangs ein Durchbrennen auftritt, wird die gesamte Batteriespannung an den Widerstand R1 angelegt. Es wird überhitzen und durchbrennen.

Schema der Parallelschaltung von LEDs. Jede LED ist ordnungsgemäß mit ihrem eigenen Strombegrenzungswiderstand in Reihe geschaltet.

So könnte ein reales Design aus sechs parallel geschalteten LEDs aussehen. 

Auf dem Bild:

• graue Streifen - stromführende Reifen, d. H. Drähte ohne Isolierung;
• blaue Zylinder mit abgerundetem Ende - zylindrische LEDs mit einer Linse am Ende;
• rot - Widerstände zur Begrenzung des Betriebsstroms.

Es ist falsch, alle Dioden an einen Widerstand anzuschließen. Aufgrund der Streuung in den Eigenschaften von LEDs kann sogar in einer Charge, die 50 bis 200 % oder mehr erreichen kann, ein Strom durch die Dioden fließen, der erheblich schwanken wird. Daher leuchten und laden sie auch anders. Später werden die am stärksten belasteten, die heller als andere leuchten, durchbrennen oder sich bis zur fast vollständigen Dämpfung verschlechtern und 70-90% des Lichtstroms verlieren. Oder ändern Sie die Tönung des Glühens von Weiß auf Gelb.

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gemischt

Eine kombinierte oder gemischte Verbindung wird verwendet, wenn LED-Matrizen erstellt werden, die aus vielen zehn oder hundert Elementen oder unverpackten Kristallen bestehen. Die bekanntesten davon sind COB-Matrizen.

Schema der kombinierten Verbindung von LEDs in einer Matrix: "Standard" - Serienketten mit jeweils 4 Kristallen sind parallel geschaltet und an eine Stromquelle angeschlossen, "Hybrid" - Kristalle, in diesem Fall 8 Stück, sind in Reihe geschaltet / parallel zu einer Stromquelle.

Die Versorgungsspannung und der Betriebsstrom bei kombiniertem Einschalten sind geringer als die Nennbetriebswerte. Nur unter dieser Bedingung wird die Matrix mehr oder weniger lange funktionieren. Bei Nennstrom brennt das schwächste Glied schnell durch und der Rest brennt allmählich durch. Es wird mit Unterbrechungen in seriellen Ketten und Kurzschlüssen paralleler Ketten enden.

Anschließen einer Leuchtdiode an ein 220-V-Netz

Betreibt man die LED direkt aus 220 V mit Strombegrenzung, dann leuchtet sie mit einer positiven Halbwelle und erlischt mit einer negativen. Dies ist jedoch nur der Fall, wenn die Sperrspannung des p-n-Übergangs viel mehr als 220 V beträgt. Normalerweise liegt sie im Bereich von 380-400 V.

Die zweite Möglichkeit zum Einschalten ist über einen Löschkondensator.

Die Netzspannung wird an der "Brücke" an den Dioden VD1-VD4 angelegt. Der Kondensator C1 "löscht" bei etwa 215-217 V. Der Rest wird sich begradigen. Nach der Filterung durch den Kondensator C2 wird eine konstante Spannung an die LED angelegt. Vergessen Sie nicht, den Strom durch die Diode mit einem Widerstand zu begrenzen.

Ein anderes Anschlussschema ist mit einem Einweggleichrichter an einer Diode und mit einem Begrenzungswiderstand von 30 kOhm.

AUFMERKSAMKEIT! Die meisten Stromkreise mit direktem Anschluss an das 220-V-Netz haben einen schwerwiegenden Nachteil - sie sind gefährlich für Personenschäden mit Hochspannung - 220 V. Daher sollten sie mit Sorgfalt und sorgfältiger Isolierung aller stromführenden Teile verwendet werden.

Detaillierte Informationen zum Anschluss der LED an ein 220-V-Netz hier beschrieben.

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Die beliebtesten transformatorlosen Schaltnetzteile (PSUs) bieten 12 V mit Schutz gegen Strom, Kurzschluss, Überhitzung usw.

Daher werden LEDs in Reihe geschaltet und ihr Strom wird durch einen herkömmlichen Widerstand begrenzt. Die Kette enthält 3 oder 6 Dioden. Ihre Anzahl wird durch die Flussspannung der Diode bestimmt. Ihre Summe zur Strombegrenzung sollte um 0,5-1 V kleiner sein als die Ausgangsspannung des Netzteils.

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Merkmale zum Anschließen von RGB- und COB-LEDs

LEDs mit Abkürzung RGB - Dies sind mehrfarbige oder mehrfarbige Lichtsender in verschiedenen Farben. Die meisten von ihnen sind aus drei LED-Kristallen zusammengesetzt, von denen jeder eine andere Farbe ausstrahlt.Eine solche Anordnung wird Farbdreiklang genannt.

Der Anschluss einer RGB-LED erfolgt wie bei herkömmlichen LEDs. In jedem Fall einer solchen mehrfarbigen Lichtquelle gibt es einen Kristall: Rot – Rot, Grün – Grün und Blau – Blau. Jede LED hat ihre eigene Betriebsspannung:

• blau - von 2,5 bis 3,7 V;
• grün - von 2,2 bis 3,5 V;
• rot - von 1,6 bis 2,03 V.

Kristalle können auf unterschiedliche Weise miteinander verbunden werden:

• mit einer gemeinsamen Kathode, d. h. drei Kathoden sind miteinander und mit einem gemeinsamen Anschluss am Gehäuse verbunden, und die Anoden haben jeweils ihren eigenen Anschluss;
• mit einer gemeinsamen Anode - jeweils für alle Anoden ist der Ausgang gemeinsam und die Kathoden sind individuell;
• unabhängige Pinbelegung - jede Anode und Kathode hat ihren eigenen Ausgang.

Daher werden die Werte der Strombegrenzungswiderstände unterschiedlich sein.

Anschluss von RGB-LED-Kristallen nach dem Schema mit einer gemeinsamen Kathode.

Anschluss „mit gemeinsamer Anode“.

In beiden Fällen hat das Diodengehäuse 4 Drahtleitungen, Pads in SMD-LEDs oder einen Stift im Piranha-Gehäuse.

Bei unabhängigen LEDs gibt es 6 Ausgänge.

Im Falle SMD 5050 LED-Kristalle sind wie folgt angeordnet:

Im Fall von Multicolor 3 unabhängige Kristalle in Grün, Rot und Blau. Denken Sie daher bei der Berechnung der Widerstandswerte daran, dass jede Farbe ihre eigene Diodenspannung hat.

Anschließen von COB-LEDs

Die Abkürzung COB ist der Anfangsbuchstabe des englischen Ausdrucks chip-on-board. Auf Russisch wird es - ein Element oder ein Kristall auf dem Brett sein.

Die Kristalle werden auf ein wärmeleitendes Saphir- oder Siliziumsubstrat geklebt oder gelötet. Nach Überprüfung der korrekten elektrischen Verbindungen werden die Kristalle mit einem gelben Leuchtstoff gefüllt.

COB-LEDs - Dies sind Matrixstrukturen, die aus Dutzenden oder Hunderten von Kristallen bestehen, die in Gruppen mit einem kombinierten Einschluss von Halbleiter-p-n-Übergängen verbunden sind. Gruppen sind aufeinanderfolgende Ketten von LEDs, deren Anzahl der Versorgungsspannung der LED-Matrix entspricht. Bei 9 V sind dies beispielsweise 3 Kristalle, bei 12 V - 4.

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In Reihe geschaltete Ketten werden parallel geschaltet. Dadurch wird die erforderliche Leistung der Matrix erreicht. Blau leuchtende Kristalle sind mit gelbem Phosphor gefüllt. Es strahlt blaues Licht zu Gelb zurück und macht es weiß.

Lichtqualität, d.h. Farbwiedergabe regulieren im Produktionsprozess die Zusammensetzung des Leuchtstoffs. Ein- und Zweikomponenten-Phosphor ergeben eine geringe Qualität, da sie 2-3 Emissionslinien im Spektrum aufweisen. Drei- und Fünfkomponenten - recht akzeptable Farbwiedergabe. Sie kann bis zu 85-90 Ra und sogar noch höher betragen.

Das Anschließen dieser Art von Lichtsendern verursacht keine Probleme. Sie werden wie eine normale leistungsstarke LED eingeschaltet, die von einer Standardstromquelle gespeist wird. Zum Beispiel 150, 300, 700 mA. Der Hersteller von COB-Matrizen empfiehlt, Stromquellen mit einem Spielraum zu wählen. Es hilft bei der Inbetriebnahme einer Leuchte mit COB-Matrix.