Какая схема подключения светодиодов лучше — последовательная или параллельная

Какая схема подключения светодиодов лучше — последовательная или параллельная

Самое правильное подключение нескольких светодиодов — последовательное. Сейчас объясню почему.

Дело в том, что определяющим параметром любого светодиода является его рабочий ток. Именно от тока через светодиод зависит то, какова будет мощность (а значит и яркость) светодиода. Именно превышение максимального тока приводит к чрезмерному повышению температуры кристалла и выходу светодиода из строя — быстрому перегоранию либо постепенному необратимому разрушению (деградации).

Ток — это главное. Он указан в технических характеристиках светодиода (datasheet). А уже в зависимости от тока, на светодиоде будет то или иное напряжение. Напряжение тоже можно найти в справочных данных, но его, как правило, указывают в виде некоторого диапазона, потому что оно вторично.

Для примера, заглянем в даташит светодиода 2835:

Как видите, прямой ток указан четко и определенно — 180 мА. А вот напряжение питания светодиодов при таком токе имеет некоторый разброс — от 2.9 до 3.3 Вольта.

Получается, что для того, чтобы задать требуемый режим работы светодиода, нужно обеспечить протекание через него тока определенной величины. Следовательно, для питания светодиодов нужно использовать источник тока, а не напряжения.

Конечно, к светодиоду можно подключить источник стабилизированного напряжения (например, выход лабораторного блока питания), но тогда нужно точно знать какой величины должно быть напряжение для получения заданного тока через светодиод.

Например, в нашем примере со светодиодом 2835, можно было бы подать на него где-то 2.5 В и постепенно повышать напругу до тех пор, пока ток не станет оптимальным (150-180 мА).

Так делать можно, но в этом случае придется настраивать выходное напряжение блока питания под каждый конкретный светодиод, т.к. все они имеют технологический разброс параметров. Если, подключив к одному светодиоду 3.1В, вы получили максимальный ток в 180 мА, то это не значит, что поменяв светодиод на точно такой же из той же партии, вы не сожжёте его (т.к. ток через него при напряжении 3.1В запросто может превысить максимально допустимое значение).

К тому же необходимо очень точно поддерживать напряжение на выходе блока питания, что накладывает определенные требования к его схемотехнике. Превышение заданного напряжения всего на 10% почти гарантированно приведет к перегреву и выходу светодиода из строя, так как ток при этом превысит все мыслимые значения.

Вот прекрасная иллюстрация к вышесказанному:

А самое неприятное то, что проводимость любого светодиода (который по сути является p-n-переходом) находится в очень сильной зависимости от температуры. На практике это приводит к тому, что по мере разогрева светодиода, ток через него начинает неумолимо возрастать. Чтобы вернуть ток к требуемому значению, придется понижать напряжение. В общем, как ни крути, а без контроля тока никак не обойтись.

Поэтому самым правильным и простым решением будет использовать для подключения светодиодов драйвера тока (он же источник тока). И тогда будет совершенно неважно, какой вы возьмете светодиод и каким будет прямое напряжение на нем. Нужно просто найти драйвер на нужный ток и дело в шляпе.

Теперь, возвращаемся к главному вопросу статьи — почему все-таки последовательное подключение, а не параллельное? Давайте посмотрим, в чем разница.

проезжий

STP16CP05 (паспорт) является постоянным током РАКОВИНЫ, где уровень напряжения логика и уровень напряжения светодиодов разделены. По сути, выходы представляют собой npn-транзисторы или n-канальные модули, управляемые логикой STP16CP05.

Каждый STP16CP05 может питаться от 3,3 В для связи от микросхемы 3,3 В и будет использовать только

4,5 мА от этого источника питания 3,3 В для логической стороны, когда постоянный ток установлен на 20 мА с резистором 1 кОм. Использует 11 мА, когда постоянный ток установлен на 100 мА на канал (1600 мА на макс. STP16CP05).

Сторона светодиода требует напряжения, которое близко соответствует прямому напряжению светодиода (или суммируется Vf нескольких светодиодов), при этом остается от 0,3 до 1,5 В (чем ниже, тем лучше, если нагревать). Вы можете подключить несколько светодиодов на одном канале с достаточно высоким значением Vl (макс. 20 В).

Поскольку Teensy 3.0 имеет регулятор 3.3 В с пределом 120 мА, а сам Teensy использует 20 мА, это означает, что у вас есть <100 мА для использования на этом регуляторе.

Используемые светодиоды (таблица данных) — это светодиоды общего анода BI-цвета, одно красное падение обычно 2,2 В при 20 мА и одно зеленое обычно 2,4 В при 20 мА. Как и обычный анод, положительная сторона связана вместе, что не позволяет добавлять их последовательно с индивидуальным контролем цвета, поэтому вы не можете просто использовать более высокое напряжение, как было бы идеально.

Если вы хотите подключить сто светодиодов (или 200 каналов, 2 на светодиоды, 1 на цвет), при 20 мА, это будет 200 х 20 мА, необходимо 4 А. Вам также понадобится (200 каналов / 16 бит или 12,5) 13 STP16CP05, потребляя всего 65 мА от источника питания 3,3 В. Вы не сможете сделать это от источника питания Teensy 3.3v. Вы не сможете сделать это с помощью USB-подключения к компьютеру (обычно 500 мА).

Вам понадобится выделенный источник питания 3,3 В, минимум 4 А. STP и Tiny не потребляют много энергии и могут получать питание от этого источника, игнорируя встроенный регулятор, но вы бы хотели дать только светодиоды 17 мА, просто чтобы быть уверенным в том, что источник питания не работает на абсолютном максимуме. (3.5A), и позволяет вам при необходимости немного расширить.

Чтобы проиллюстрировать это, посмотрите схему, которую я сделал выше (показаны только 3 светодиода / 6 каналов, потому что в противном случае это было бы грязно). Поскольку вы не можете подключить светодиоды последовательно, лучше всего подать напряжение 3,3 В или 3,0 В. Резистор 1,2k

1,4k был бы лучшим для REXT на каждом STP при напряжении

17 мА. 0,1 мкФ или чуть больше развязывающего колпачка на каждом STP.

Обратите внимание: поскольку у светодиодов разное прямое напряжение, яркость может быть незначительной, если вы поместите оба цвета в один STP. Вы можете поместить 16 красной стороны на один STP с Rext 1.1k и 16 зеленой стороны на другой STP с Rext 1.2k или 1.3k, чтобы выровнять его.

Последнее замечание, вы можете подключить их, как вы хотите. Каждый нечётный выход может быть красным, каждый чётный зелёный, или половина STP, красный, наполовину зелёный, или один стэп на цвет. Подключение действительно зависит от вас, тогда вы просто измените свой код. 8 и 8 или 16 были бы, imho лучше всего, просто потому, что 8-битные и 16-битные являются стандартными размерами в кодировании, и вам не нужно было бы подстраиваться под любой другой бит.

Flocked

Flocked

проезжий

2,2 В это будет 5 последовательно. Но вы используете двухцветные светодиоды, что затрудняет их последовательное соединение.

Как сделать мигающий светодиод

Мигающий светодиод сделать самостоятельно несложно. Во многих случаях понадобятся всего несколько дополнительных элементов. Простые варианты схем приведены ниже.

Мигалка на одном транзисторе

Подобную мигалку несложно сделать своими руками всего на одном транзисторе.

Схема собрана на однопереходном транзисторе. Можно установить отечественный элемент КТ117, можно подобрать зарубежный аналог. Частота колебаний обратно пропорциональна произведению R1C1. Номиналы и назначение элементов указаны в таблице.

Напряжение питания может лежать в пределах от 4,5 до 12 вольт. Недостатком схемы является применение оксидного конденсатора больших размеров – намного больше самого светодиода. Зато содержит мало элементов и работает сразу после безошибочной сборки. Если однопереходный транзистор приобрести не удастся, можно сделать его аналог на двух биполярных транзисторах.

Можно использовать два любых транзистора структуры p-n-p и n-p-n. Например, отечественные пары КТ315 и КТ316, КТ3102 и КТ3107 или любые другие приборы российского или зарубежного производства.

Мигающий светодиод от батарейки

Указанная схема проста, несложна в изготовлении, не нуждается в наладке (кроме, может быть, подбора параметров времязадающей цепочки). Но у нее есть особенность, которая в некоторых ситуациях может стать критической – для ее питания потребуется напряжение от 4,5 В. Такое напряжение потребует минимум трех пальчиковых батарей или CR2032. И даже небольшое снижение питания вследствие разряда может привести к неработоспособности схемы.

Почти всем распространенным светоизлучающим элементам для свечения требуется напряжение от 1,6 В (а зачастую и от 3 В), поэтому построить простую схему мигающего светодиода для питания от полуторавольтовой батарейки нельзя. Но можно сделать относительно сложную – с удвоением напряжения.

На транзисторах VT1, VT2 собран генератор, задающий частоту и длительность вспышек (их определяют цепочки R1C1 и C1R2 соответственно). Во время паузы заряжается конденсатор С2 почти до уровня питания. Во время свечения ключ VT3 открывается, VT2 закрывается, и емкость оказывается включенной последовательно с источником питания. Так напряжение на светодиоде удваивается.

Диод VD1 должен быть германиевым. На кремниевом диоде в открытом состоянии падение напряжения будет около 0,6 В – в данном случае это очень много.

Будет полезно ознакомиться: Моргающий светодиод без всяких схем

Изготовление светодиодной ленты

Популярным осветительным прибором, получившим широкое распространение, стала светодиодная лента. Она представляет собой гибкую основу, на которую нанесены параллельные цепочки из последовательно соединенных ограничительных резисторов и светодиодов. Поставляется такая лента в виде бухты, которую в определенных местах можно разрезать.

Из схемы видно, что осветительный прибор от одиночного светодиода отличается повышенным напряжением питания из-за последовательного включения нескольких элементов и повышенным током потребления, вызванного параллельным соединением многих цепочек. Поэтому источник питания должен быть достаточно мощный, следовательно – габаритный. Так что на размерах элементов схемы для построения светодиодной ленточной мигалки экономить нет смысла. Парадокс в том, что для такой ленты можно построить сверхпростой генератор сигналов.

Для этого понадобятся:

• мигающий светодиод; ;
• мощный полевой транзистор (можно применить IRLU24N или подобные, подходящие по параметрам);
• собственно лента;
• источник питания.

Светодиод будет периодически включаться, подавая и снимая напряжение на затворе транзистора. Ключ будет включаться и выключаться в такт, включая и выключая светодиодную ленту. Мигалку можно нарастить, если требуется второй осветительный прибор включать и отключать в противофазе с первым.

Если одна лента включена, то вторая будет в отключенном состоянии, и наоборот.

Для каждой ленты можно использовать отдельный источник питания, но общий провод (минусовую линию) надо соединить.

У такой схемы неоспоримые достоинства – простота и дешевизна. Но есть и недостаток – частота и длительность мигания определяются параметрами светодиода, и менять их можно только напряжением питания одновременно. Чтобы можно было установить раздельно период вспышек и их длительность, нужна схема сложнее. Для этого понадобится микросхема КР1006ВИ1 или ее зарубежный аналог NE555. Достоинства этого чипа:

• небольшие размеры;
• низкое энергопотребление;
• возможность раздельно регулировать длительность выходных импульсов и паузу между ними.

Параметры колебаний устанавливаются элементами R1, R2, C:

• длительность включения t1=0,693(R1+R2)*C;
• длительность паузы t2= 0,693*R2*C;
• частота генерации f=1/0,693*(R1+2*R2)*C.

При желании можно поставить вместо R1 и R2 переменные резисторы. В этом случае регулировать режим мигания можно оперативно.

Питание микросхемы не должно превышать 15 В. При использовании 24-х вольтовой ленты для чипа надо предусмотреть отдельный источник или сделать стабилизатор 24/15 вольт (подойдет простейший параметрический на стабилитроне или на интегральном стабилизаторе 7815).

Сделать мигалку из светодиода или ленты несложно. Для успеха нужен минимум знаний электротехники, простые навыки и несколько радиоэлементов.