Ymmärrän, että en voi liittää LEDiä suoraan akkuun, koska se vetää liikaa virtaa. Siten virtapiirissä on oltava jokin muu. Mitä vaihtoehtoja on olemassa? Ovatko jotkut menetelmät tehokkaampia kuin toiset?
LED vaatii vähimmäisjännitteen, ennen kuin se syttyy ollenkaan. Tämä jännite vaihtelee LED-tyypin mukaan, mutta on tyypillisesti 1,5 V - 4,4 V. Kun tämä jännite on saavutettu, virta kasvaa erittäin nopeasti jännitteen kanssa, jota vain LED: n pieni vastus rajoittaa. Tästä johtuen mikä tahansa tätä korkeampi jännite johtaa erittäin suureen virtaan LEDin läpi, kunnes joko virtalähde ei pysty toimittamaan riittävästi virtaa ja sen jännite putoaa tai LED tuhoutuu.
Yllä on esimerkki LED-virran jännite-suhteesta. Koska virta nousee jännitteen kanssa niin nopeasti, voimme yleensä yksinkertaistaa analyysiamme olettaen, että LEDin jännite on vakioarvo virrasta riippumatta. Tässä tapauksessa 2V näyttää olevan oikeassa.
Mikään akku ei ole täydellinen jännitelähde. Kun napojen välinen vastus pienenee ja virranotto nousee, jännite akun napoissa vähenee. Näin ollen akun tarjoamalle virralle on raja. Jos akku ei pysty toimittamaan liikaa virtaa LEDin tuhoamiseksi, eikä itse akkua tuhota hankkimalla näin paljon virtaa, LEDin sijoittaminen suoraan akun yli on helpoin ja tehokkain tapa tehdä se.
Useimmat paristot eivät täytä näitä vaatimuksia, mutta jotkut kolikkokennot täyttävät. Saatat tuntea ne LED-heittimistä.
Yksinkertaisin tapa rajoittaa LED-virtaa on sijoittaa vastus sarjaan. Ohmin laista tiedettiin, että vastuksen läpi kulkeva virta on yhtä suuri kuin sen yli kulkeva jännite jaettuna vastuksella. Siten vastuksen jännitteen ja virran välillä on lineaarinen suhde. Vastuksen sijoittaminen sarjaan LEDin kanssa tasoittaa jännitevirtakäyrän yläpuolelle siten, että pienet syöttöjännitteen muutokset eivät saa virtaa nousemaan radikaalisti. Virta kasvaa edelleen, mutta ei radikaalisti.
Vastuksen arvo on helppo laskea: vähennä LEDin etujännite syöttöjännitteestäsi, ja tämän on oltava vastuksen poikki oleva jännite. Sitten käytä Ohmin lakia löytääksesi tarvittavan vastuksen saadaksesi LEDille halutun virran.
Tässä suuri haitta on, että vastus vähentää jännite muuntamalla sähköenergia lämmöksi. Voimme laskea vastuksen tehon millä tahansa näistä:
\ $ P = IE \ $
\ $ P = I ^ 2 R \ $
\ $ P = E ^ 2 / R \ $
Mikä tahansa vastuksen teho on tehoa, jota ei käytetä valon tuottamiseen. Joten miksi emme tee syöttöjännitettä hyvin lähellä LED-jännitettä, joten emme tarvitse kovin suurta vastusta, mikä vähentää tehohäviöitä? Koska jos vastus on liian pieni, se ei säädä virtaa hyvin, ja piirimme altistuvat suurille virran vaihteluille lämpötilan, valmistuksen vaihteluiden ja syöttöjännitteen kanssa, aivan kuin meillä ei olisi vastusta ollenkaan. Nyrkkisääntönä vähintään 25% jännitteestä tulisi pudottaa vastuksen yli. Siksi sarjavastuksella ei voida koskaan saavuttaa parempaa hyötysuhdetta kuin 75%.
Saatat miettiä, voidaanko useita LEDejä sijoittaa rinnakkain jakamalla yksi virranrajoitusvastus. Voit, mutta tulos ei ole vakaa, yksi LED saattaa tukkia kaiken virran ja vahingoittua. Katso Miksi yhtä vastusta ei voida käyttää monissa rinnakkaisissa LEDeissä?.
Jos tavoitteena on tuottaa tasainen virta LEDeille, miksi et tekisi virtapiiriä, joka säätelee aktiivisesti LEDien virtaa? Tätä kutsutaan nykyiseksi lähteeksi, ja tässä on esimerkki tavallisista osista rakennettavasta:
Näin se toimii: Q2 saa perusvirran R1: n kautta. Kun Q2 käynnistyy, suuri virta kulkee D1: n, Q2: n ja R2: n läpi. Kun tämä virta kulkee R2: n läpi, jännitteen R2 yli täytyy kasvaa (Ohmin laki). Jos R2: n jännite nousee 0,6 V: iin, Q1 alkaa kytkeytyä, varastaa perusvirtaa Q2: sta, rajoittaa D1: n, Q2: n ja R2: n virtaa.
Joten R2 ohjaa virtaa. Tämä piiri toimii rajoittamalla jännitteen R2 yli 0,6 V: iin. Joten laskemme R2: lle tarvittavan arvon, voimme vain käyttää Ohmin lakia löytääksesi vastuksen, joka antaa meille halutun virran 0,6 V: lla.
Mutta mitä olemme saaneet? Nyt ylimääräinen jännite putoaa vain Q2: ssa ja R2: ssa sarjavastuksen sijaan. Ei paljon tehokkaampi ja paljon monimutkaisempi. Miksi me häiritsisimme?
Muista, että sarjavastuksella tarvitsimme vähintään 25% kokonaisjännitteestä vastuksen yli, jotta saisimme riittävän virtasäädön. Silti virta vaihtelee silti hieman syöttöjännitteen mukaan. Tässä piirissä virta vaihtelee tuskin syöttöjännitteen mukaan kaikissa olosuhteissa. Voimme sijoittaa monia LEDejä sarjaan D1: n kanssa siten, että niiden kokonaisjännitehäviö on sanottuna 20 V. Sitten tarvitsemme vain toisen 0,6 V: n R2: lle ja hieman enemmän, jotta Q2: lla on tilaa työskennellä. Syöttöjännitteemme voi olla 21,5 V, ja tuhlaamme vain 1,5 V asioissa, jotka eivät ole LED-valoja. Tämä tarkoittaa, että tehokkuutemme voi lähestyä \ $ 20V / 21.5V = 93 \% \ $. Se on paljon parempi kuin 75%, jonka voimme kerätä sarjavastuksella.
Lopullista ratkaisua varten on olemassa tapa (ainakin teoriassa) ohjata LEDejä 100%: n hyötysuhteella. Sitä kutsutaan kytkettynä virtalähteeksi, ja se käyttää induktoria muuntaa minkä tahansa jännitteen täsmälleen LEDien käyttämiseen tarvittavaksi jännitteeksi. Se ei ole yksinkertainen piiri, emmekä voi tehdä siitä täysin 100% tehokasta käytännössä, koska mikään todellinen komponentti ei ole ihanteellinen. Oikein suunniteltu tämä voi kuitenkin olla tehokkaampi kuin yllä oleva lineaarinen virtalähde ja ylläpitää haluttua virtaa laajemmalla tulojännitealueella.
Tässä on yksinkertainen esimerkki, joka voidaan rakentaa tavallisilla osilla:
En väitä, että tämä malli olisi erittäin tehokas, mutta se osoittaa toimintaperiaatteen. Näin se toimii:
U1, R1 ja C1 tuottavat neliöaallon. R1: n säätäminen säätelee käyttöjaksoa ja taajuutta ja siten LED-valon kirkkautta.
Kun lähtö (nasta 3) on matala, Q1 kytketään päälle. Virta kulkee induktorin L1 läpi. Tämä virta kasvaa, kun energiaa varastoidaan kelaan.
Sitten lähtö menee korkealle. Q1 sammuu. Mutta induktori toimii vauhtipyöränä virralle. L1: ssä virtaavan virran on jatkettava virtaamista, ja ainoa tapa tehdä se on D1: n kautta. L1: een varastoitu energia siirretään D1: een. Joten LED vilkkuu nopeasti, mutta noin 25 kHz: n taajuudella se ei ole näkyvissä.
Tässä on siisti asia, sillä ei ole väliä mikä syöttöjännitteemme on tai mikä on D1: n lähtöjännite. Itse asiassa voimme sijoittaa monia LEDejä sarjaan D1: n kanssa ja ne syttyvät edelleen, vaikka LEDien kokonaisjännite ylittäisi syöttöjännitteen.
Joillakin ylimääräisillä piireillä voimme luoda takaisinkytkentäsilmukan, joka valvoo D1: n virtaa ja säätää tehokkaasti R1: n meille, joten LED pitää saman kirkkauden laajalla syöttöjännitealueella. Kätevä, jos haluat LED: n pysyvän kirkkaana, kun akun varaus vähenee. Korvaa U1 mikrokontrollerilla ja tee joitain säätöjä täällä ja siellä, jotta tämä olisi tehokkaampaa, ja sinulla on todella jotain.
On toinenkin tapa, paljon harvemmin nähty. Hyvä yhdelle LEDille, hyvin yksinkertainen, voit heittää siihen mitä tahansa noin 4v - 20v, ja se antaa LEDille mielellään melko vakion virran.
Sininen on tulojännite, 20v - 4v. Vihreä on LEDin virta, noin 12 mA. Punainen on JFET: n hajauttama teho, täällä.
Tässä on kokoelma LED-ajurivaihtoehtoja, joita voit pelata.
simuloi tätä virtapiiriä - Kaavio luotu käyttämällä CircuitLab
se ei ole totta - koska se riippuu monista tekijöistä.
Ledien ongelmana on, että 1) kun ne alkavat johtaa, pieni jännitteen kasvu lisää valtavasti virtaa.oikealla yhdistelmällä, se voi tarkoittaa vahinkoa;2) ledien lämmetessä niiden eteenpäin suuntautuva jännitehäviö pienenee, mikä saa ledien läpi kulkevan virran nousemaan.tämä puolestaan aiheuttaa ledien tehohäviön nousevan ja ledit lämpenevät.mikä johtaa noidankehään.
Joten yksi tapa välttää on negatiivisen palautteen antaminen niin, että kun ledien virta nousee, ledien yli kulkeva jännite laskee.
monia tapoja tehdä niin.vastukset, anturit, aktiiviset ohjaimet jne.
