Poradnik – zasilanie diod Power LED

Wstęp

Niniejszy artykuł zawiera informacje odnośnie zasilania diod Power LED. Czym różnią się zasilacze stałoprądowe od napięciowych? Kiedy możliwe jest sterowanie światłem? Do czego służą rezystory? Miłej lektury.

 

Zasilacz stałoprądowy

Najprostszą i jednocześnie optymalną metodą zasilania diod Power LED jest stosowanie driver’ów. Są to urządzenia zasilane „z gniazdka”, samodzielnie określające napięcie wychodzące tak, aby diody do niego podłączone osiągały określony prąd pracy (podany na samym driverze). Krótko mówiąc: jego zadaniem jest podtrzymywanie natężenia prądu diod na stałym poziomie, nawet mimo np. zmieniającego się spadku napięcia diod pod wpływem temperatury. Dlatego też driver nazywany jest również „zasilaczem stałoprądowym”.

Wszystkie diody powinny być podłączone do drivera w sposób szeregowy, a ilość diod, które można podłączyć do zasilacza stałoprądowego zależna jest od ich ilości oraz barwy, ale również jakości. Producent driver’a 20-36x1W zakłada, że spadek napięcia diody białej wynosi 3V, gdyż jako napięcie wyjściowe podane są wartości 60 – 120V. Warto nadmienić, że informacja ta dotyczy diod białych, gdyż spadek napięcia np. diod czerwonych jest mniejszy (ok. 2,4V), niebieskich z kolei – większy (ok. 3,8V). Należy więc zwrócić szczególną uwagę na rodzaj podłączanych do driver’a diod.

Inną ważną kwestią jest malejący spadek napięcia diod względem rosnącej podczas ich pracy temperatury. Innymi słowy, oznacza to, że im bardziej nagrzana jest dioda, tym mniejszego napięcia będzie wymagać, aby osiągnąć ten sam prąd pracy. Należy więc zwrócić szczególną uwagę, gdy zbliżamy się do ilości diod (a raczej do sumy ich spadku napięcia) bliskiej dolnej granicy zakresu napięcia wychodzącego z driver’a.

Krótkie podsumowanie: dla diod ważne jest nie samo napięcie, ale prąd pracy.

 

Zasilacz napięciowy

Jednymi z najbardziej popularnych zasilaczy są te o stałym napięciu wychodzącym 12V. Podłączając do niego szeregowo 3 diody białe (suma spadku napięcia wynosi ok. 9,9V) zostaje „wolne” 2,1V, które gdzieś z zasilacza musi przecież wyjść. W konsekwencji każda z diod dostaje dodatkowe 0,8V. Wartość ta może wydawać się niewielka, jednak biorąc pod uwagę nieliniowy przyrost natężenia względem napięcia, sytuacja wygląda już znacznie gorzej, tym bardziej, że kolejnym czynnikiem jest tu również wspomniana wcześniej temperatura.

Z odsieczą przybywają rezystory, których głównym, i w zasadzie jedynym zadaniem, jest ograniczenie napięcia. W praktyce jest ono przetwarzane na ciepło. Włączając do szeregu odpowiedni rezystor, jesteśmy w stanie dać diodom napięcie, które pozwoli im osiągnąć optymalny dla nich prąd pracy. Problem polega na tym, że odpowiedni rezystor musimy dobrać samodzielnie, używając do tego wzoru pochodzącego z prawa Ohma. Oczywiście należy uwzględnić zmieniający się spadek napięcia oraz fakt, że samo napięcie cały czas będzie takie samo. Zalecane jest więc „obcięcie” nieco większej wartości, niż sugeruje pan Ohm.

Krótka podpowiedź: dla rezystora nie ma znaczenia miejsce w szeregu, ani jego obrót.

 

Kontrola światła

Sygnał PWM polega na modulacji szerokości impulsu wskutek przełączania tranzystorów pomiędzy stanem przewodzenia, a stanem zaporowym. Jakkolwiek niejasno to brzmi, postaram się to opisać najprościej jak to możliwe: sygnał pwm pozwala na bardzo szybkie włączanie i wyłączanie zasilania, aby możliwe było uzyskanie „wrażenia” regulacji szybkości urządzenia lub natężenia diody.

Sygnał pwm wymaga stałego napięcia. Oznacza to, że bez większych problemów można połączyć zasilacz 12V z urządzeniem dającym pwm na wyjściu. Podłączając 3 diody z rezystorem (szeregowo), jesteśmy w stanie umieścić takie urządzenie między samym szeregiem, a zasilaczem.

Przykładowymi urządzeniami tego typu są ściemniacze LED, sterowniki zmierzch/świt (np. TC420), czy kontrolery RGB, dzięki którym możliwe jest sterowanie barwą oświetlenia.

 

Dobór zasilacza napięciowego

Co jednak w przypadku, gdybyśmy chcieli użyć większej ilości diod? Odpowiedź jest prosta: należy wcześniej opisane szeregi połączyć w sposób równoległy. Każdy szereg będzie wymagał ok. 12V. Drugi (i każdy kolejny) szereg również wymaga 12V, a każdy z nich będzie pracował na prądzie wysterowanym przez diody z rezystorem, przykładowo 350 mA.

Podłączając 10 szeregów, z których każdy pobiera 350 mA, cały układ pobierał będzie 42W. Należy pamiętać, że zasilacze napięciowe często nie posiadają zabezpieczeń przeciwprzeciążeniowych, przez co konieczne będzie uwzględnienie dodatkowych 10 – 15% mocy zasilacza (nie jest to konieczne w przypadku driver’ów LED).

 

Rodzaje połączeń

Połączenie szeregowe

Zalety:

– brak strat prądu na rezystorach

– diody pracują na optymalnym prądzie

– mniej „zabawy” podczas budowy belki oświetleniowej

 

Wady:

– konieczność doboru odpowiedniego driver’a LED

– uszkodzenie jednej diody powoduje najczęściej wyłączenie całego układu

 

Połączenie szeregowo-równoległe

Zalety:

– możliwość kontroli światła (ściemniacze, sterowniki zmierzch/świt)

– zasilacze napięciowe są dużo bardziej uniwersalne i tańsze

– uszkodzenie jednej diody powoduje wyłączenie tylko jednego sektora

 

Wady:

– podłączenie diod w ten sposób wymaga doboru odpowiednich rezystorów, w zależności od użytych diod

– strata mocy na rezystorach (niewielka, ale jednak)

– budowa belki wymaga trochę więcej czasu

 

Krótkie, ale ważne: połączenia szeregowe powodują spadek napięcia; połączenia równoległe – natężenia.

 

Na zakończenie

Niniejszy artykuł jest odpowiedzią na powtarzające się pytania odnośnie połączeń diod Power LED, taśm ściemniania oraz zasilania driverami. Mamy nadzieję, że odpowiedzieliśmy na Państwa wątpliwości. W razie dodatkowych pytań, zachęcamy do skorzystania z zakładki kontakt.

 

Wszelkie treści zamieszczone na tej stronie internetowej (teksty, zdjęcia itp.) podlegają ochronie prawnej na podstawie przepisów ustawy z dnia 4 lutego 1994 r. o prawie autorskim i prawach pokrewnych (tekst jednolity z 2006 r., Dz.U. nr 90, poz. 631 z późn. zm.). Bez zgody autora zabronione jest m.in. powielanie treści, ich kopiowanie, przedruk, przechowywanie i przetwarzanie z zastosowaniem jakichkolwiek środków elektronicznych, zarówno w całości, jak i w części. Zabronione jest dalsze rozpowszechnianie, o którym mowa w art. 25 ust. 1 pkt b ustawy z dnia 4 lutego 1994 r. o prawie autorskim i prawach pokrewnych.