Bir LED'i doğrudan bataryaya bağlayamayacağımı biliyorum çünkü çok fazla akım çekiyor. Bu nedenle, akımı sınırlamak için devrede başka bir şey olması gerekir. Hangi seçenekler var? Bazı yöntemler diğerlerinden daha mı verimli?

Bir LED hiç yanmadan önce minimum voltaj gerektirir. Bu voltaj LED tipine göre değişir, ancak tipik olarak 1,5V - 4,4V civarındadır. Bu gerilime ulaşıldığında, yalnızca LED'in küçük direnci ile sınırlanan gerilim ile akım çok hızlı artacaktır. Sonuç olarak, bu değerden çok daha yüksek herhangi bir voltaj, güç kaynağı yeterli akım ve voltaj düşüşü sağlayamadığı veya LED imha edilmediği sürece, LED üzerinden çok büyük bir akıma neden olacaktır.

Yukarıdaki, bir LED için akım-gerilim ilişkisinin bir örneğidir. Akım voltajla çok hızlı bir şekilde arttığından, genellikle bir LED üzerindeki voltajın akımdan bağımsız olarak sabit bir değer olduğunu varsayarak analizimizi basitleştirebiliriz. Bu durumda, 2V doğru görünüyor.

Aküden Düz

Hiçbir batarya mükemmel bir voltaj kaynağı değildir. Terminalleri arasındaki direnç azaldıkça ve akım arttıkça, batarya terminallerindeki voltaj düşer. Sonuç olarak, akünün sağlayabileceği akım sınırlaması vardır. Batarya, LED'inizi yok etmek için çok fazla akım sağlayamıyorsa ve batarya bu kadar akımı alarak zarar görmeyecekse, LED'i bataryaya dik olarak yerleştirmek bunu yapmanın en kolay ve en etkili yoludur.

Bataryaların çoğu bu gereksinimleri karşılamaz, ancak bazı bozuk para hücreleri bunu yapar. Onları LED ışıklarından tanıyabilirsin .

Seri Direnç

LED akımını sınırlamanın en basit yolu seri halinde bir direnç yerleştirmektir. Ohm yasasından, dirençten geçen akımın direnç tarafından bölünen gerilime eşit olduğunu biliyoruz. Bu nedenle, bir direnç için voltaj ve akım arasında doğrusal bir ilişki vardır. Bir rezistörün LED ile seri olarak yerleştirilmesi, voltaj-gerilim eğrisini, besleme voltajındaki küçük değişikliklerin akımın kökten yükselmesine neden olmayacağı şekilde düzleştirmeye yarar. Akım hala radikal bir şekilde artacak.

Direnç değerini hesaplamak kolaydır: LED'in ileri voltajını besleme voltajınızdan çıkarın ve bu, direnç boyunca olması gereken voltajdır. Ardından, LED'de istenen akımı elde etmek için gerekli direnci bulmak için Ohm yasasını kullanın .

Buradaki en büyük dezavantaj, bir rezistörün elektrik enerjisini ısıya dönüştürerek voltajı düşürmesidir. Dirençteki gücü aşağıdakilerden herhangi biriyle hesaplayabiliriz:

$P = IE$
$P = I^2 R$
$P = E^2/R$

Dirençteki herhangi bir güç, ışık yapmak için kullanılmayan güçtür. Öyleyse neden besleme gerilimini LED gerilimine çok yaklaştırmıyoruz, bu yüzden çok büyük bir resistöre ihtiyacımız yok, böylece güç kayıplarımızı azaltıyoruz? Direnç çok küçükse, akımı iyi düzenleyemez ve devremiz, tıpkı hiç bir direncimiz yokmuş gibi, sıcaklık, üretim ve besleme gerilimi ile akımda büyük değişikliklere maruz kalır. Bir kural olarak, voltajın en az% 25'i direnç üzerine düşürülmelidir. Böylece, bir seri dirençle hiçbir zaman% 75'ten daha iyi verim elde edilemez.

Tek bir akım sınırlama direncini paylaşarak birden fazla LED'in paralel yerleştirilip yerleştirilmeyeceğini merak ediyor olabilirsiniz. Yapabilirsiniz, ancak sonuç sabit olmaz, bir LED tüm akımı çekebilir ve zarar görebilir. Bkz. Neden birçok paralel LED için tek bir direnç tam olarak kullanılamıyor? .

Doğrusal Akım Kaynağı

Amaç, LED'lere sabit bir akım sağlamaksa, neden akımı LED'lere aktif olarak düzenleyen bir devre yapmıyorsunuz? Buna güncel kaynak adı verilir ve burada sıradan parçalarla oluşturabileceğiniz bir örnek:

İşte böyle çalışıyor: Q2 temel akımını R1 üzerinden alıyor. Q2 açıldığında, büyük bir akım D1'den, Q2'den ve R2'den akar. Bu akım R2 içinden akarken, R2'deki voltaj artmalıdır (Ohm kanunu). R2 üzerindeki voltaj 0.6V'a yükselirse, Q1 açılmaya başlanır, Q2'den baz akım çalınır, akım D1, Q2 ve R2'de sınırlandırılır.

Böylece, R2 akımı kontrol eder. Bu devre, R2 üzerindeki voltajı 0,6V'tan fazla olmayacak şekilde sınırlayarak çalışır. Böylece, R2 için gereken değeri hesaplamak için, bize 0.6V'da istenen akımı veren direnci bulmak için Ohm yasasını kullanabiliriz.

Ama ne kazandık? Şimdi seri direnç yerine Q2 ve R2'de herhangi bir fazla voltaj düşüyor. Çok daha verimli ve çok daha karmaşık değil. Neden rahatsız edelim ki?

$20V / 21.5V = 93 \%$

Anahtarlamalı Mod Akım Kaynakları

Nihai çözüm için (en azından teoride) LED'leri% 100 verimlilikle çalıştırmanın bir yolu var. Buna anahtarlamalı mod güç kaynağı denir ve herhangi bir gerilimi tam olarak LED'leri çalıştırmak için gereken gerilime dönüştürmek için bir indüktör kullanır. Bu basit bir devre değildir ve gerçek bileşenler ideal olmadığı için pratikte% 100 verimli yapamayız. Bununla birlikte, uygun şekilde tasarlandığında, bu yukarıdaki lineer akım kaynağından daha verimli olabilir ve istenen akımı daha geniş bir giriş gerilimi aralığında tutabilir.

Sıradan parçalarla oluşturulabilecek basit bir örnek:

Bu tasarımın çok verimli olduğunu iddia etmiyorum, ancak çalışma prensibini göstermeye hizmet ediyor. İşte nasıl çalışıyor:

U1, R1 ve C1 bir kare dalga üretir. R1'in ayarlanması görev döngüsünü ve frekansı ve dolayısıyla LED'in parlaklığını kontrol eder.

Çıkış (pim 3) düşük olduğunda, Q1 açılır. Akım indüktör L1'den geçer. Bu akım, indüktörde enerji depolandıkça büyür.

Ardından, çıkış yüksek olur. Q1 kapanıyor. Ancak bir indüktör akım için bir volan görevi görür. L1'de akan akımın akmaya devam etmesi gerekir ve bunu yapmanın tek yolu D1'dir. L1'de depolanan enerji D1'e transfer edilir.

Çıkış tekrar düşük olur ve böylece devre L1'de enerji depolamak ve onu D1'e bırakmak arasında geçiş yapar. Yani aslında, LED hızla yanıp sönüyor, ancak yaklaşık 25kHz'de görünmüyor.

Bununla ilgili en güzel şey, besleme voltajımızın ne olduğu veya D1'in ileri voltajının ne olduğu önemli değil. Aslında, birçok LED'i D1 ile seri hale getirebiliriz ve LED'lerin toplam ileri gerilimi besleme gerilimini aşsa bile hala yanacaktır.

Bazı ekstra devrelerde, D1'deki akımı izleyen ve bizim için R1'i etkili bir şekilde ayarlayan bir geri besleme döngüsü yapabiliriz, böylece LED, geniş bir besleme gerilimi aralığında aynı parlaklığı koruyacaktır. Kullanışlı, pil azaldıkça LED'in parlak kalmasını istiyorsanız. U1'i bir mikrodenetleyici ile değiştirin ve bunu daha verimli hale getirmek için burada ve orada bazı ayarlamalar yapın ve gerçekten bir şeye sahipsiniz.

Çok daha az görülen başka bir yol var. Bir LED için iyi, çok basit, yaklaşık 4v ile 20v arasında bir şey atabilirsiniz ve LED'e oldukça sabit bir akım verir.

Mavi, giriş voltajıdır, 20v ila 4v. Yeşil, LED'e giden akımdır, yaklaşık 12mA. Kırmızı JFET, hesap cetveli tarafından dağıtılan güç olduğunu burada .

İşte oynayabileceğiniz LED sürücü seçenekleri koleksiyonu.

^{bu devreyi simüle et - CircuitLab kullanılarak oluşturulan şematik}

Bu tam olarak doğru değil - çünkü birçok faktöre bağlı.

ledlerle ilgili mesele şudur: 1) iletime başladıklarında, voltajdaki küçük bir artış, akımda büyük bir artış yaratacaktır. doğru kombinasyonla bu zarar verebilir; 2) LED'ler ısınırken, ileri voltaj düşüşleri azalır, bu da ledlerden geçen akımın yükselmesine neden olur. bu sırayla ledlerdeki güç dağılımının yükselmesine ve ledlerin ısınmasına neden olur. Bu bir kısır döngüye yol açar.

Bundan kaçınmanın bir yolu, negatif geri besleme sağlamaktır; böylece ledlerdeki akım arttığında, ledler arasındaki voltaj düşer.

Bunu yapmanın birçok yolu. dirençler, sensörler, aktif kontroller vb.