LEDs erfreuen sich großer Beliebtheit. Die Hauptrolle spielte dabei der LED-Treiber, der einen konstanten Ausgangsstrom eines bestimmten Wertes aufrechterhält. Wir können sagen, dass dieses Gerät eine Stromquelle für LED-Geräte ist. Dieser Stromtreiber sorgt im Zusammenspiel mit der LED für eine lange Lebensdauer und zuverlässige Helligkeit. Durch die Analyse der Eigenschaften und Typen dieser Geräte können Sie verstehen, welche Funktionen sie erfüllen und wie Sie sie richtig auswählen.

Was ist ein Treiber und wozu dient er?

Ein LED-Treiber ist ein elektronisches Gerät, dessen Ausgang nach der Stabilisierung einen Gleichstrom erzeugt. In diesem Fall wird keine Spannung, sondern Strom erzeugt. Geräte, die die Spannung stabilisieren, werden Netzteile genannt. Die Ausgangsspannung ist auf ihrem Gehäuse angegeben. Zur Stromversorgung von LED-Streifen, LED-Streifen und Modulen werden 12-V-Netzteile verwendet.

Der Hauptparameter des LED-Treibers, den er dem Verbraucher bei einer bestimmten Last über einen langen Zeitraum zur Verfügung stellen kann, ist der Ausgangsstrom. Als Last werden einzelne LEDs oder Baugruppen gleichartiger Elemente verwendet.

Der LED-Treiber wird normalerweise mit einer Netzspannung von 220 V betrieben. In den meisten Fällen liegt der Betriebsausgangsspannungsbereich zwischen drei Volt und kann mehrere zehn Volt erreichen. Um sechs 3-W-LEDs anzuschließen, benötigen Sie einen Treiber mit einer Ausgangsspannung von 9 bis 21 V und einer Nennleistung von 780 mA. Trotz seiner Vielseitigkeit weist es bei minimaler Belastung einen geringen Wirkungsgrad auf.

Bei der Beleuchtung in Autos, in den Scheinwerfern von Fahrrädern, Motorrädern, Mopeds usw. und bei der Ausstattung tragbarer Lampen wird eine konstante Spannung verwendet, deren Wert zwischen 9 und 36 V variiert. Sie können keinen Treiber für LEDs mit niedriger Spannung verwenden Strom, aber in solchen Fällen muss dem 220-V-Versorgungsnetz ein entsprechender Widerstand hinzugefügt werden. Obwohl dieses Element in Haushaltsschaltern verwendet wird, ist es durchaus möglich, eine LED an ein 220-V-Netz anzuschließen und auf Zuverlässigkeit zu zählen problematisch.

Hauptmerkmale

Die Leistung, die diese Geräte unter Last liefern können, ist ein wichtiger Indikator. Überlasten Sie es nicht und versuchen Sie, maximale Ergebnisse zu erzielen. Als Folge solcher Maßnahmen können Treiber für LEDs oder die LED-Elemente selbst ausfallen.

Der elektronische Inhalt des Geräts wird durch viele Gründe beeinflusst:

• Geräteschutzklasse;
• elementarer Bestandteil, der zur Montage verwendet wird;
• Eingabe- und Ausgabeparameter;
• Herstellermarke.

Die Herstellung moderner Treiber erfolgt mit Mikroschaltungen in Pulsweitenumwandlungstechnik, zu denen Impulswandler und Stromstabilisierungsschaltungen gehören. PWM-Wandler werden mit 220 V betrieben, verfügen über eine hohe Schutzklasse gegen Kurzschlüsse, Überlastungen sowie einen hohen Wirkungsgrad.

Technische Eigenschaften

Bevor Sie einen LED-Konverter kaufen, sollten Sie die Eigenschaften des Geräts studieren. Hierzu zählen folgende Parameter:

• Ausgangsleistung;
• Ausgangsspannung;
• Nennstrom.

Anschlussplan für LED-Treiber

Die Ausgangsspannung wird durch den Anschlussplan zur Stromquelle und die Anzahl der darin enthaltenen LEDs beeinflusst. Der Stromwert hängt proportional von der Leistung der Dioden und der Helligkeit ihrer Strahlung ab. Der LED-Treiber muss den LEDs so viel Strom liefern, wie nötig ist, um eine konstante Helligkeit zu gewährleisten. Es ist zu beachten, dass die Leistung des erforderlichen Geräts größer sein sollte als die von allen LEDs verbrauchte Leistung. Sie lässt sich nach folgender Formel berechnen:

P(LED) – Leistung eines LED-Elements;

N- Anzahl der LED-Elemente.

Um einen langfristigen und stabilen Betrieb des Treibers zu gewährleisten, sollte die Gangreserve des Geräts 20–30 % der Nennleistung betragen.

Bei der Berechnung sollten Sie den Farbfaktor des Verbrauchers berücksichtigen, da dieser den Spannungsabfall beeinflusst. Für verschiedene Farben hat es unterschiedliche Bedeutungen.

Verfallsdatum

LED-Treiber haben, wie alle Elektronikgeräte, eine bestimmte Lebensdauer, die stark von den Betriebsbedingungen abhängt. LED-Elemente bekannter Marken sind für eine Lebensdauer von bis zu 100.000 Stunden ausgelegt, was viel länger ist als bei Stromquellen. Basierend auf der Qualität kann der berechnete Treiber in drei Typen eingeteilt werden:

• geringe Qualität, mit einer Lebensdauer von bis zu 20.000 Stunden;
• mit durchschnittlichen Parametern - bis zu 50.000 Stunden;
• Konverter bestehend aus Komponenten bekannter Marken - bis zu 70.000 Stunden.

Viele Menschen wissen nicht einmal, warum sie auf diesen Parameter achten sollten. Dies ist erforderlich, um ein Gerät für den Langzeitgebrauch und eine weitere Amortisation auszuwählen. Für den Einsatz in Wohnräumen ist die erste Kategorie geeignet (bis zu 20.000 Stunden).

Wie wähle ich einen Fahrer aus?

Es gibt viele Arten von Treibern, die für LED-Beleuchtung verwendet werden. Die meisten der vorgestellten Produkte werden in China hergestellt und weisen nicht die erforderliche Qualität auf, zeichnen sich jedoch durch ihre niedrige Preisspanne aus. Wenn Sie einen guten Treiber benötigen, sollten Sie besser nicht auf billige chinesische Produkte zurückgreifen, da deren Eigenschaften nicht immer mit den angegebenen übereinstimmen und sie selten mit einer Garantie ausgestattet sind. Möglicherweise liegt ein Defekt an der Mikroschaltung oder ein schneller Ausfall des Geräts vor. In diesem Fall ist ein Umtausch gegen ein besseres Produkt oder eine Rückgabe des Geldes nicht möglich.

Die am häufigsten gewählte Option ist ein kastenloser Treiber, der mit 220 V oder 12 V betrieben wird. Verschiedene Modifikationen ermöglichen den Einsatz für eine oder mehrere LEDs. Diese Geräte können für die Organisation von Forschung im Labor oder die Durchführung von Experimenten ausgewählt werden. Für Phytolampen und den Hausgebrauch werden Treiber für im Gehäuse befindliche LEDs gewählt. Rahmenlose Geräte gewinnen preislich, verlieren aber an Ästhetik, Sicherheit und Zuverlässigkeit.

Arten von Fahrern

Geräte, die LEDs mit Strom versorgen, können unterteilt werden in:

• Impuls;
• linear.

Impulsgeräte erzeugen am Ausgang viele hochfrequente Stromimpulse und arbeiten nach dem PWM-Prinzip, ihr Wirkungsgrad beträgt bis zu 95 %. Impulswandler haben einen wesentlichen Nachteil: Im Betrieb treten starke elektromagnetische Störungen auf. Um einen stabilen Ausgangsstrom zu gewährleisten, ist im Lineartreiber ein Stromgenerator eingebaut, der die Rolle eines Ausgangs übernimmt. Solche Geräte haben einen geringen Wirkungsgrad (bis zu 80 %), sind aber technisch einfach und kostengünstig. Für Hochleistungsverbraucher sind solche Geräte nicht einsetzbar.

Aus dem oben Gesagten können wir schließen, dass die Stromquelle für LEDs sehr sorgfältig ausgewählt werden sollte. Ein Beispiel wäre eine Leuchtstofflampe, die mit einem um 20 % über der Norm liegenden Strom versorgt wird. Die Eigenschaften ändern sich praktisch nicht, die Leistung der LED nimmt jedoch um ein Vielfaches ab.

LEDs im Allgemeinen und Hochleistungs-LEDs (mehr als 1 W) im Besonderen reagieren sehr empfindlich auf verschiedene äußere Faktoren, die sich negativ auf ihre Lebensdauer und Qualitätsindikatoren auswirken können. Derzeit haben die maximalen Versorgungsströme für LEDs sehr signifikante Werte: bis zu 1...1,5 und sogar bis zu 2 A im Vergleich zu 0,35 A, auf die LED-Eigenschaften am häufigsten standardisiert werden. Der Wunsch, den maximalen Lichtstrom von einem Halbleiteremitter zu erhalten, führt zu einer Erhöhung des durch ihn fließenden Stroms, was sich auf seine Wärmeerzeugung auswirkt, und die gesamte Struktur (LED + LED-Leuchten) steht kurz vor einer Überhitzung des Kristalls. Gleichzeitig werden an die Stromquelle hohe Anforderungen an die Stabilität der von ihr zu erbringenden Ausgangseigenschaften gestellt. Dies ist ziemlich problematisch, wenn es zur Stromversorgung einer Spannungsquelle verwendet wird. Erstens ist zum Vorab-Nivellieren des Stroms im LED-Schaltkreis mindestens ein zusätzlicher Widerstand erforderlich, der den Strom begrenzt und gleichzeitig zusätzliche Leistung verbraucht. Zweitens arbeitet jede Beleuchtungsanlage in einem bestimmten Temperaturbereich, der oft recht breit ist, und die LED weist eine negative Abhängigkeit des Durchlassspannungsabfalls von der Kristalltemperatur auf – normalerweise auf dem Niveau von -2 ... -4 mV / ° C , wird einen gleitenden Arbeitspunkt haben. Drittens trägt die Instabilität der Ausgabeeigenschaften der Quelle selbst dazu bei. Diese Gründe verkürzen die Lebensdauer einer modernen Lichtquelle erheblich, insbesondere wenn sie mit Strömen nahe dem Maximum betrieben wird. So führt bereits eine Erhöhung der Spannung an der Verbindungsstelle um 0,1 V zu einer Änderung der Stromstärke um 200 mA, was zu einer erhöhten Wärmeentwicklung führt und sich äußerst negativ auf den Betrieb des Leuchtmittels auswirken kann.

Die Strom-Spannungs-Kennlinie in Abbildung 1 zeigt, wie wichtig es ist, ein Netzteil (PSU) zu verwenden, das über Strom und nicht über Spannung geregelt wird. Eine Erhöhung der Versorgungsspannung der LED um 3 % (0,1 V) führt in erster Näherung zu einem Anstieg des Stroms um 20 % (200 mA). Dementsprechend steigen der Stromverbrauch und die Wärmeabgabe um 40 %, was unweigerlich zu Überhitzung, Abbau der Kristallstruktur und Ausfall der LED führt. Wenn der Strom, der die LED versorgt, kurzzeitig stark überschritten wird, kann es zu einer Degradation des Diodenkristalls kommen, die ebenfalls zum Ausfall führt.

Reis. 1.

Auch eine Reduzierung der Spannung an der Diode ist unerwünscht, da wir bei einem Abfall um 3 % vom Nennwert, was einem Stromabfall von 200 mA entspricht, mehr als 50 % des Lichtstroms verlieren, wie aus der Abhängigkeit ersichtlich ist des relativen Flusses der LED auf den Versorgungsstrom (Abb. 2).

Reis. 2.

Der einfachste Weg, den erforderlichen LED-Versorgungsstrom bereitzustellen, ist die Verwendung von Hochfrequenz-Pulsweitenwandlern (PWM) (mehrere zehn kHz), die in der Lage sind, den erforderlichen Durchschnittsstrom über einen weiten Leistungsbereich der angeschlossenen Geräte aufrechtzuerhalten. Im Alltag von Lichttechnikern und Elektrikern werden solche Netzteile oft als LED-Treiber bezeichnet. Einige Modelle wandeln das reine PWM-Signal (Rechteckimpulse) in eine glattere Ausgangswellenform um, deren Durchschnittswert etwa dem gewünschten Durchschnittsstrom entspricht.

Die hohe Betriebsfrequenz des Netzteils wird in erster Linie durch die Anforderungen an das Fehlen sichtbarer Pulsationen von Lichtquellen bestimmt. Ein Konstruktionsmerkmal von PWM-Schaltungen besteht auch darin, dass es einen Spielraum zur Reduzierung der Netzspannung gibt, bei dem der Lichtstrom des Geräts nicht abnimmt, sondern die Welligkeitsfrequenz des Ausgangssignals abnimmt, was besonders ausgeprägt ist, wenn die Stromversorgung unterbrochen ist Betrieb mit Belastungen nahe dem maximal zulässigen Wert. Beispielsweise können Netzteile von Inventronics in einem Bereich von 90 bis 305 V RMS Netzspannungen betrieben werden, während die Welligkeitsrate am Ausgang immer noch deutlich über der Schwelle liegt, bei der ein LED-Blinken wahrnehmbar ist, d. h. das Phänomen des Flimmerns (Blinken der Lichtquelle gemäß GOST 13109-97) wird auf Null reduziert. Daher können PWM-Netzteile für den Einsatz in Beleuchtungsgeräten in einer Entfernung von regionalen Zentren in Russland empfohlen werden, wo die Netzspannung deutlich unter dem Standard liegen kann (der Effektivwert der Netzspannung kann in abgelegenen Regionen auf 150 V oder weniger sinken). B. aus Großkraftwerken), und kurzzeitige Überspannungen durch den Anschluss leistungsstarker Fernverbraucher können 260 V und mehr erreichen.

Ein weiteres Merkmal der Verwendung eines PWM-Netzteils ist die einfache Integration mit steuerbaren Dimmern. In diesem Fall kann das Netzteil über die Kanäle 1...10 V, DMX, DALI oder andere Protokolle Informationen über den Grad der Dämpfung des Lichtstroms erhalten. Nicht zu vergessen sind auch die geringen Gesamtabmessungen des PWM-Netzteils, die es ermöglichen, die Größe des OP-Gehäuses mit integriertem Netzteil zu minimieren oder die Installation eines externen Netzteils in der Nähe der Lampe zu vereinfachen.

Bei der Gestaltung von Stromversorgungen gibt es noch einen anderen Ansatz: Um die Anpassung an bestehende Netze zu vereinfachen, das Volumen der Stromversorgungen in den Lampen zu minimieren und ein Niederspannungsnetz nach den Grundsätzen der elektrischen Sicherheit zu organisieren, wird eine separate Niederspannungsspannungsquelle ( 12 oder 24 V) wird außerhalb des Gehäuses des Beleuchtungsgeräts (OP) und ein kleiner PWM-Konverter innerhalb der Lampe verwendet. Trotz seiner scheinbaren Einfachheit kann dieser Ansatz auf eine Reihe schwerwiegender Installationsrisiken stoßen. Insbesondere bei einem Fehler in der Anschlusspolarität fällt der PWM-Wandler sofort aus.

Ein sehr wichtiger Parameter jedes Schaltnetzteils ist das Ausmaß der harmonischen und nichtlinearen Verzerrung der Form der Versorgungsspannung, die es im Netzwerk erzeugt. Sie wirken sich negativ auf die Verkabelung des Stromnetzes und der daran angeschlossenen Verbraucher aus. Dieser Einfluss äußert sich nicht nur in verschiedenen Störungen, die auf empfindliche Elektrogeräte einwirken, sondern auch im Drehstromnetz selbst, in dessen Neutralleiter Ströme fließen können, die die Ströme in den Phasenleitern übersteigen. Der Grund dafür ist, dass ein Schaltnetzteil nur bei Spitzen der Versorgungsspannung Strom aus dem Netz verbraucht; Der verbrauchte Strom hat die Form eines kleinen Impulses und enthält eine Vielzahl harmonischer Komponenten. Bei einer symmetrischen Belastung im Neutralleiter kompensieren sich die höheren Harmonischen des Stroms gegenseitig (die Phasenverschiebung zueinander beträgt 120°), für die höheren Harmonischen, Vielfache von drei, gilt dies jedoch nicht im Neutralleiter hinzugefügt werden.

Der Leistungsfaktor l ist ein komplexer Indikator für die Verzerrung der aus dem Netz verbrauchten Leistung, der nicht nur die Phasenverschiebung, sondern auch die Verzerrung der Form des verbrauchten Stroms (das Vorhandensein harmonischer Komponenten) berücksichtigt. GOST R 51317.3.2-2006 legt die Standards für Oberschwingungsstromkomponenten für Fahrzeuge der Klasse C fest (Tabelle 1).

Tabelle 1. Normen für Oberschwingungsstromkomponenten für Fahrzeuge der Klasse C

Harmonische Ordnung Komponente, n	Maximal zulässiger Wert der Oberschwingungskomponente des Stroms, % der Grundschwingungskomponente des verbrauchten Stroms
2	2
3	30 l *
5	10
7	7
9	5
11≤n≤39 (nur für ungeradzahlige harmonische Komponenten)	3
* Leistungsfaktor des Stromkreises

Gleichzeitig werden diese Standards für Beleuchtungsgeräte mit einer Wirkleistungsaufnahme von mehr als 25 W festgelegt, es ist jedoch davon auszugehen, dass die Verbreitung energieeffizienter Low-Power-LED-Lampen zu einer deutlichen Absenkung bzw. Absenkung dieses Wertes führen wird Die Beschränkung soll insgesamt aufgehoben werden.

Um in das Netzwerk eingebrachte Verzerrungen zu minimieren, werden Geräte verwendet, die die oben genannten Störungen kompensieren und den Leistungsfaktor näher an Eins bringen. Während passive Kompensationskondensatoren für Geräte mit fester Leistungsaufnahme verwendet werden (z. B. in Vorschaltgeräten für Halogen-Metalldampflampen oder Leuchtstofflampen), werden aktive Kompensationskondensatoren in gepulste Netzteile integriert, wodurch ihre Eigenschaften den ohmschen über a möglichst nahe kommen große Auswahl an Anschlussleistungen.

Die Nichteinhaltung dieser Standards wirkt sich negativ sowohl auf die Qualität der Stromversorgung als auch auf den Betrieb von Geräten und den Zustand der Infrastruktur aus. Unternehmen, die diese Standards überschreiten, müssen mit Bußgeldern rechnen und sind gezwungen, zusätzliche Kondensatoreinheiten zu installieren. Der Verbrauch elektrischer Energie eines Unternehmens ist jedoch weitgehend vorhersehbar, was es ermöglicht, mit einer passiven Korrektur auszukommen.

PWM-Netzteile mit Kompensatoren verursachen äußerst geringe Verzerrungen im Netzwerk. Zum Beispiel eine Reihe leistungsstarker Netzteile EUC (Abb. 3) von Inventronics liefert einen Leistungsfaktorwert im Bereich von 0,97...0,99.

Reis. 3.

Der Wirkungsgrad moderner Netzteile mit Pulsweitenmodulatoren erreicht 92 % oder mehr, was wichtig ist, denn Die Energie, die sie verbrauchen, wird zum Heizen verwendet. Je höher der Wirkungsgrad, desto kleiner ist dementsprechend die effektive Ableitungsfläche des Strahlers und desto kleiner sind dementsprechend die Abmessungen und das Gewicht des Netzteils, was natürlich zu einer Kostensenkung führt der Fahrer.

Derzeit werden Netzteile mit Gehäusen in verschiedenen Ausführungen hergestellt: sowohl für den Einbau in ein Netzteil, zum Einbau in Möbel oder zur Aufstellung im Innenbereich, als auch in wasserdichten Gehäusen mit unterschiedlichen Staub- und Feuchtigkeitsschutzklassen (IP): ab IP23, akzeptabel für den Einbau im Trockenen Räume und IP54 für die Installation in Nassbereichen und unter Überdachung, bis hin zu wasserdicht mit IP67-Gehäusen, geeignet für die Installation im Freien. Eine weniger verbreitete Gruppe von Netzteilen mit IP68 ist für den Einbau im Boden ohne zusätzliche Gehäuse konzipiert.

Die Farbeigenschaften der LEDs können sich auch ändern, wenn sich der Versorgungsstrom ändert. Ein Diagramm zur Abhängigkeit der Farbkoordinaten vom Betriebsstrom einer leistungsstarken Osram Dragon plus LED (Abb. 4) zeigt beispielsweise die relative Verschiebung der Farbkoordinaten der Strahlung.

Reis. 4.

Dies gilt zunächst für Beleuchtungsgeräte mit der Möglichkeit, verschiedene farbdynamische Szenen zu steuern und zu erzeugen. Wenn also ein Beleuchtungsgerät einen großen Bereich an Betriebsströmen nutzt, können sich die Farbkoordinaten im Raum um 0,01 Einheiten entlang der x-Achse und um 0,015 Einheiten entlang der y-Achse verschieben. Diese Verschiebung im Kaltweißbereich kann mehrere hundert Kelvin (bis zu 700K) erreichen. Im alltäglichen Einsatz ist dieser Faktor jedoch praktisch unbemerkt. Der Effekt der Änderung des Versorgungsstroms verschwindet, wenn die LEDs über ein PWM-Signal gespeist werden, und die Steuerung kann durch Änderung des Arbeitszyklus des Signals erfolgen.

Abschluss

Auf dem Markt sind zahlreiche LED-Produkte erschienen, die mit hochwertigen Netzteilen und unterschiedlichsten Optiktypen ausgestattet sind. Die meisten davon werden mit Hochleistungs-LEDs hergestellt. Eine Reihe von Geräten weltweit führender Hersteller können bereits als bewährt gelten, da sie seit vielen Jahren erfolgreich und zuverlässig an verschiedenen Standorten in Russland und im Ausland arbeiten.

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Heutzutage gibt es Hunderte von LED-Varianten, die sich in Aussehen, Leuchtfarbe und elektrischen Parametern unterscheiden. Sie alle eint jedoch ein gemeinsames Funktionsprinzip, sodass auch die Anschlusspläne an den Stromkreis auf allgemeinen Grundsätzen basieren. Es reicht aus, zu verstehen, wie man eine Anzeige-LED anschließt, und dann zu lernen, wie man beliebige Schaltkreise erstellt und berechnet.

LED-Pinbelegung

Bevor wir darüber nachdenken, wie man eine LED richtig anschließt, müssen Sie lernen, wie man ihre Polarität bestimmt. Am häufigsten haben Anzeige-LEDs zwei Anschlüsse: Anode und Kathode. Viel seltener gibt es in einem Gehäuse mit einem Durchmesser von 5 mm Exemplare, die über 3 oder 4 Anschlüsse zum Anschluss verfügen. Aber es ist auch nicht schwer, ihre Pinbelegung herauszufinden.

SMD-LEDs können aufgrund ihrer Produktionstechnologie über 4 Ausgänge (2 Anoden und 2 Kathoden) verfügen. Der dritte und vierte Pin können elektrisch ungenutzt bleiben, aber als zusätzlicher Kühlkörper genutzt werden. Die angezeigte Pinbelegung ist nicht Standard. Um die Polarität zu berechnen, ist es besser, sich zunächst das Datenblatt anzusehen und das Gesehene dann mit einem Multimeter zu überprüfen. Sie können die Polarität einer SMD-LED mit zwei Anschlüssen visuell anhand des Schnitts bestimmen. Der Schnitt (Schlüssel) in einer der Ecken des Gehäuses liegt immer näher an der Kathode (Minus).

Das einfachste LED-Anschlussdiagramm

Es gibt nichts einfacheres, als eine LED an eine Niederspannungs-Gleichstromquelle anzuschließen. Dies kann eine Batterie, ein Akku oder ein Netzteil mit geringem Stromverbrauch sein. Es ist besser, wenn die Spannung mindestens 5 V und nicht mehr als 24 V beträgt. Eine solche Verbindung ist sicher und für die Implementierung benötigen Sie nur ein zusätzliches Element – ​​einen Widerstand mit geringer Leistung. Seine Aufgabe besteht darin, den durch den pn-Übergang fließenden Strom auf einen Wert zu begrenzen, der nicht höher als der Nennwert ist. Dazu wird der Widerstand immer in Reihe mit der Sendediode geschaltet.

Achten Sie immer auf die richtige Polarität, wenn Sie eine LED an eine Konstantspannungsquelle (Stromquelle) anschließen.

Wenn ein Widerstand aus dem Stromkreis ausgeschlossen wird, wird der Strom im Stromkreis nur durch den Innenwiderstand der EMF-Quelle begrenzt, der sehr klein ist. Das Ergebnis einer solchen Verbindung ist ein sofortiger Ausfall des emittierenden Kristalls.

Berechnung des Begrenzungswiderstandes

Betrachtet man die Strom-Spannungs-Kennlinie der LED, wird deutlich, wie wichtig es ist, bei der Berechnung des Begrenzungswiderstands keinen Fehler zu machen. Schon eine geringfügige Erhöhung des Nennstroms führt zu einer Überhitzung des Kristalls und damit zu einer Verkürzung der Lebensdauer. Die Wahl des Widerstands erfolgt nach zwei Parametern: Widerstand und Leistung. Der Widerstand wird nach folgender Formel berechnet:

• U – Versorgungsspannung, V;
• U LED – Vorwärtsspannungsabfall an der LED (Wert auf dem Typenschild), V;
• I – Nennstrom (Zertifikatswert), A.

Das erhaltene Ergebnis sollte auf den nächsten Wert aus der E24-Reihe aufgerundet werden und dann die Leistung berechnen, die der Widerstand ableiten muss:

R – Widerstandswert des zur Installation zugelassenen Widerstands, Ohm.

Ausführlichere Informationen zu Berechnungen mit praktischen Beispielen finden Sie im Artikel. Und wer nicht in die Nuancen eintauchen möchte, kann die Widerstandsparameter schnell mit einem Online-Rechner berechnen.

Einschalten der LEDs über die Stromversorgung

Wir werden über Netzteile (PSUs) sprechen, die an einem 220-V-Wechselstromnetz betrieben werden. Aber auch diese können sich in ihren Ausgangsparametern stark unterscheiden. Es kann sein:

• Wechselspannungsquellen, in deren Inneren sich nur ein Abwärtstransformator befindet;
• unstabilisierte Gleichspannungsquellen (DCS);
• stabilisierter PPI;
• stabilisierte Gleichstromquellen (LED-Treiber).

Sie können an jede von ihnen eine LED anschließen, indem Sie dem Stromkreis die erforderlichen Funkelemente hinzufügen. Am häufigsten werden stabilisierte Netzspannungen von 5 V oder 12 V als Stromversorgung verwendet. Diese Art der Stromversorgung bedeutet, dass bei möglichen Schwankungen der Netzspannung sowie bei Änderungen des Laststroms innerhalb eines bestimmten Bereichs , die Ausgangsspannung ändert sich nicht. Dieser Vorteil ermöglicht es Ihnen, LEDs nur über Widerstände an die Stromversorgung anzuschließen. Und genau dieses Anschlussprinzip wird in Schaltungen mit Anzeige-LEDs umgesetzt.
Leistungsstarke LEDs müssen über einen Stromstabilisator (Treiber) angeschlossen werden. Nur so können trotz höherer Kosten eine stabile Helligkeit und ein langfristiger Betrieb gewährleistet und ein vorzeitiger Austausch eines teuren Leuchtelements vermieden werden. Für diese Verbindung ist kein zusätzlicher Widerstand erforderlich und die LED wird unter folgenden Bedingungen direkt an den Treiberausgang angeschlossen:

• Fahrer I - aktueller Fahrer laut Reisepass, A;
• I LED – Nennstrom der LED, A.

Ist die Bedingung nicht erfüllt, brennt die angeschlossene LED aufgrund von Überstrom durch.

Serielle Verbindung

Der Aufbau eines funktionierenden Stromkreises mit einer LED ist nicht schwierig. Eine andere Sache ist es, wenn es mehrere davon gibt. Wie schließe ich 2, 3... N LEDs richtig an? Dazu müssen Sie lernen, komplexere Schaltkreise zu berechnen. Bei der Reihenschaltung handelt es sich um eine Kette mehrerer LEDs, bei der die Kathode der ersten LED mit der Anode der zweiten, die Kathode der zweiten mit der Anode der dritten usw. verbunden ist. Durch alle Elemente des Stromkreises fließt ein Strom gleicher Größe:

Und die Spannungsabfälle werden zusammengefasst:

Daraus können wir Schlussfolgerungen ziehen:

• Es empfiehlt sich, nur LEDs mit gleichem Betriebsstrom in einer Reihenschaltung zusammenzufassen;
• Fällt eine LED aus, wird der Stromkreis geöffnet;
• Die Anzahl der LEDs ist durch die Versorgungsspannung begrenzt.

Parallele Verbindung

Wenn Sie mehrere LEDs über ein Netzteil mit einer Spannung von beispielsweise 5 V zum Leuchten bringen möchten, müssen diese parallel geschaltet werden. In diesem Fall muss zu jeder LED ein Widerstand in Reihe geschaltet werden. Formeln zur Berechnung von Strömen und Spannungen haben folgende Form:

Daher sollte die Summe der Ströme in jedem Zweig den maximal zulässigen Strom des Netzteils nicht überschreiten. Beim Parallelschalten von LEDs des gleichen Typs reicht es aus, die Parameter eines Widerstands zu berechnen, und der Rest hat den gleichen Wert.

Alle Regeln für die serielle und parallele Verbindung, anschauliche Beispiele sowie Informationen dazu, wie man LEDs nicht einschaltet, finden Sie in.

Gemischte Inklusion

Nachdem Sie die seriellen und parallelen Verbindungsschaltungen verstanden haben, ist es an der Zeit, sie zu kombinieren. Eine der Möglichkeiten für den kombinierten LED-Anschluss ist in der Abbildung dargestellt.

Übrigens ist jeder LED-Streifen genau so aufgebaut.

Anschluss an das Wechselstromnetz

Der Anschluss von LEDs über ein Netzteil ist nicht immer ratsam. Vor allem, wenn es darum geht, einen Schalter zu hinterleuchten oder das Vorhandensein von Spannung in der Steckdosenleiste anzuzeigen. Für solche Zwecke reicht es aus, eines der einfachen zusammenzubauen. Zum Beispiel eine Schaltung mit einem strombegrenzenden Widerstand und einer Gleichrichterdiode, die die LED vor Rückspannung schützt. Der Widerstandswert und die Leistung des Widerstands werden nach einer vereinfachten Formel berechnet, wobei der Spannungsabfall an LED und Diode vernachlässigt wird, da dieser zwei Größenordnungen unter der Netzspannung liegt:

Aufgrund der hohen Verlustleistung (2–5 W) wird der Widerstand häufig durch einen unpolaren Kondensator ersetzt. Beim Betrieb mit Wechselstrom scheint es überschüssige Spannung zu „löschen“ und erwärmt sich kaum.

Anschluss von blinkenden und mehrfarbigen LEDs

Äußerlich unterscheiden sich blinkende LEDs nicht von herkömmlichen Analoga und können je nach dem vom Hersteller angegebenen Algorithmus ein-, zwei- oder dreifarbig blinken. Der interne Unterschied besteht im Vorhandensein eines weiteren Substrats unter dem Gehäuse, auf dem sich der integrierte Impulsgenerator befindet. Der Nennbetriebsstrom überschreitet in der Regel 20 mA nicht und der Spannungsabfall kann zwischen 3 und 14 V variieren. Bevor Sie eine blinkende LED anschließen, müssen Sie sich daher mit deren Eigenschaften vertraut machen. Wenn sie nicht vorhanden sind, können Sie die Parameter experimentell ermitteln, indem Sie sie über einen Widerstand mit einem Widerstand von 51–100 Ohm an eine einstellbare Stromversorgung mit 5–15 V anschließen.

Das mehrfarbige Gehäuse enthält 3 unabhängige Kristalle in Grün, Rot und Blau. Daher müssen Sie bei der Berechnung der Widerstandswerte bedenken, dass jede Leuchtfarbe ihren eigenen Spannungsabfall hat.

Noch einmal zu drei wichtigen Punkten

1. Der direkte Nennstrom ist der Hauptparameter jeder LED. Durch Verringern verlieren wir an Helligkeit, durch Überschätzen verkürzen wir die Lebensdauer stark. Daher ist die beste Stromquelle ein LED-Treiber; wenn er daran angeschlossen ist, fließt immer ein konstanter Strom mit dem erforderlichen Wert durch die LED.
2. Die im Datenblatt der LED angegebene Spannung ist nicht ausschlaggebend und gibt lediglich an, wie viele Volt am pn-Übergang abfallen, wenn der Nennstrom fließt. Sein Wert muss bekannt sein, um den Widerstandswiderstand korrekt zu berechnen, wenn die LED mit einem herkömmlichen Netzteil betrieben wird.
3. Für den Anschluss von Hochleistungs-LEDs ist neben einer zuverlässigen Stromversorgung auch ein hochwertiges Kühlsystem wichtig. Die Installation von LEDs mit einer Leistungsaufnahme von mehr als 0,5 W am Strahler gewährleistet deren stabilen und langfristigen Betrieb.

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Es handelt sich um eine LED-Lampe bestehend aus 50 Stück in Reihe geschalteten OSRAM GW PUSRA1.PM LEDs. Der Betriebsstrom der Lampe beträgt 700 mA. Die Lampe wird im Temperaturbereich von -30 bis +50 Grad Celsius betrieben.

Notwendig: Wählen Sie eine Stromquelle für diese LED-Lampe.

Schauen wir uns die Eigenschaften der GW PUSRA1.PM-LEDs an, die uns der Hersteller mitteilt:

Aus der Dokumentation geht hervor, dass der typische Spannungsabfall an einer LED bei einem Strom von 700 mA 2,80 V beträgt.
Daher beträgt der typische Spannungsabfall einer LED-Leuchte (50 LEDs in Reihe geschaltet) 2,80 x 50 = 140 V.

Bei der Herstellung von LEDs gibt es ein wichtiges Problem – die Wiederholbarkeit der Parameter. Die hochtechnologischste Produktion ermöglicht es nicht, Geräte mit den gleichen spezifizierten Betriebsparametern herzustellen.
Um dies bei den Berechnungen zu berücksichtigen, schauen Sie in der technischen Dokumentation nach, wie hoch der minimale und maximale Spannungsabfall an der LED bei einem Strom von 700 mA ist. Als maximalen Spannungsabfall gibt der Hersteller 3,20 V, minimal 2,70 V an.
Unter Berücksichtigung dieser Abweichungen beträgt der berechnete Spannungsabfall an der LED-Lampe:
Minimum: 2,70 x 50 = 135 V
maximal: 3,20 x 50 = 160V
Wir haben einen mittleren Betriebsbereich des Spannungsabfalls der LED-Lampe von 135 bis 160 V bei einem Betriebsstrom von 700 mA erreicht.

Bei der Berechnung des mittleren Betriebsspannungsabfallbereichs haben wir den Betriebstemperaturbereich der LED-Lampe nicht berücksichtigt. Dieser Bereich wird durch die geplanten klimatischen Betriebsbedingungen der LED-Lampe (von -30 bis +50 Grad Celsius) bestimmt.
Schauen wir uns das Diagramm des Spannungsabfalls an der LED gegenüber der Temperatur an:

Die Grafik zeigt, dass der Spannungsabfall an der LED umso größer ist, je niedriger die Temperatur ist.
Der Anstieg des Spannungsabfalls an der LED beträgt bei -30 Grad im Vergleich zu 85 Grad etwa 0,2 V
Der Anstieg des Spannungsabfalls an der LED beträgt bei +50 Grad im Vergleich zu 85 Grad etwa 0,05 V
Daher betragen die Spannungsabfälle an der LED-Lampe unter Berücksichtigung des Temperaturbereichs:

ab (2,7 + 0,05) x 50 Stk. = 137,5 V bis (3,2 +0,2) x 50 Stk. = 170 V

Das heißt, bei einem typischen Spannungsabfall an der Lampe von 140 V beträgt der berechnete Spannungsabfallbereich: 137,5 ... 170 V

Hinweis: Bei einer echten Lampe kann die Temperatur der LEDs aufgrund der Erwärmung die berechneten +50 Grad Celsius überschreiten. Streng genommen kann dies zu einer Verringerung des Spannungsabfalls an den LEDs und dementsprechend zu einer leichten Verringerung des Wertes der unteren Grenze des Spannungsbereichs der Lampe führen. Da wir diese Berechnungen jedoch zur Auswahl der Netzteile verwenden, erlauben wir uns, diese kleine Korrektur zu vernachlässigen, da die Quelle immer noch mit einer angemessenen Marge hinsichtlich der Unter- und Obergrenzen der Ausgangsspannung gekauft werden muss. Wenn Sie die Untergrenze absolut genau kennen möchten, müssen Sie die Temperatur der LEDs in einer echten Lampe praktisch messen.

Bitte beachten Sie, dass diese Berechnung für den typischen Strom dieser LEDs durchgeführt wurde: 700 mA. Im Allgemeinen liegt der Strombereich für diese LEDs jedoch bei 200 ... 1500 mA. Das heißt, bei Bedarf kann ein anderer Strom aus diesem Bereich ausgewählt werden. In diesem Fall können Sie das Diagramm verwenden:

Kehren wir zu unserer Berechnung für einen Strom von 700 mA zurück und wählen wir eine Stromquelle für eine LED-Lampe aus.
Schätzen wir den maximalen Stromverbrauch der Lampe: 170 V x 0,7 A = 119 W
Bei der Wahl der Stromquelle empfiehlt MEAN WELL eine Gangreserve von ca. 30 %. Folglich beträgt die Nennleistung der Quelle etwa 150 W.

Wir wählen das Modell ELG-150-C700.

Die Hauptmerkmale des ELG-150-C700 sind in der Tabelle dargestellt:

Wie Sie sehen, liefert die Quelle ELG-150-C700 am Ausgang einen stabilisierten Strom von 700 mA im Bereich von 107 ... 214 V
Der Strom von 700 mA entspricht dem eingestellten Strom der LED-Lampe. Der Quellspannungsbereich 107 … 214 V ist breiter als der LED-Lampenspannungsbereich 137,5 … 170 V
Daher sollten sie zusammen gut funktionieren.
Lassen Sie uns analysieren, wie sich die Quelle unter verschiedenen Temperaturbedingungen verhält:

Es ist ersichtlich, dass sich die Nennleistung der Quelle in einem gegebenen Temperaturbereich von -30 bis +50 Grad Celsius nicht ändert und auf dem Niveau von 100 % liegt.

Die Lichtquelle ELG-150-C700 wurde auf die Leuchte abgestimmt.