Как определить пульсацию светодиодных ламп


Увидеть пульсацию / Блог компании LampTest / Хабр

Я часто пишу о пульсации плохих светодиодных ламп (а теперь ещё и о пульсации подсветки телевизоров). Напомню, пульсация света может приводить к усталости глаз и мозга, вызывать головные боли и приводить к обострению нервных заболеваний.

Для определения пульсации света многие используют камеры смартфонов — если свет пульсирует, по экрану бегут полосы, причём чем они чернее, тем пульсация больше.


Но это лишь косвенный «взгляд на пульсацию» — мы видим интерференцию между пульсацией света и работой электронного затвора камеры. На некоторых смартфонах полос может и не быть из-за программного подавления пульсаций.

Сегодня я дам вам возможность увидеть пульсацию непосредственно, как она есть.

С помощью камеры, снимающей со скоростью 1200 кадров в секунду, я зафиксировал пульсацию света обычной лампы накаливания 25 Вт (у ламп накаливания чем меньше мощность, тем больше пульсация) и плохой светодиодной лампы.

Я воспроизвожу видео со скоростью 10 кадров в секунду, поэтому получается замедление в 120 раз.

Лампа накаливания:


Нить лампы накаливания не успевает остыть, поэтому пульсация небольшая — коэффициент пульсации 23%. Это означает, что минимум яркости лишь на 23% меньше уровня максимума. Такая пульсация практически незаметна глазами и вреда от неё нет.

А вот так светит плохая светодиодная лампа.


100 раз в секунду лампа полностью гаснет, а потом загорается снова. Коэффициент пульсации 100%.

Такая пульсация раздражает. Её отлично видно боковым зрением и при быстром переводе взгляда (объекты в поле зрения «распадаются» из-за стробоскопического эффекта). Именно от такой пульсации света устают глаза и может болеть голова.

К счастью, ламп с пульсацией на рынке всё меньше и меньше. Лампы с обычными цоколями E27 сейчас почти все без пульсации, пульсирующие лампы с цоколями E14 ещё встречаются (чаще всего филаментные свечки и шарики). К сожалению, более половины светодиодных микроламп с цоколем G9 имеют пульсацию 100% (очень сложно разместить в малюсеньком корпусе хороший драйвер со сглаживающим конденсатором).

Никогда не используйте в жилых помещениях лампы с видимой пульсацией света. Проверить наличие или отсутствие пульсации можно как с помощью смартфона, так и с помощью обычного карандаша.

© 2018, Алексей Надёжин

Минимизация мерцания света в светодиодных системах освещения

Аннотация

Применение светодиодов в автономных модернизированных лампах кажется несложным, но следует делать это с осторожностью, чтобы добиться такого же качества света, как и у обычных ламп, которые пользователь пытается заменить. Мерцание света - это один из аспектов, который необходимо тщательно учитывать при проектировании светодиодной лампы, чтобы избежать жалоб клиентов на местах. В этом примечании к применению объясняется явление мерцания светодиодных ламп в зависимости от топологии драйверов и характеристик светодиодов, а также предлагаются решения на основе нескольких светодиодных драйверов Richtek в сочетании с определенными светодиодными цепочками.Также объясняется практический метод измерения мерцания, который можно использовать для измерения мерцания света в светодиодных лампах.

Связанные части драйвера светодиодов Richtek, упомянутые в этом примечании по применению: Топология обратного хода PFC: RT7302, топология PFC Buck: RT8487, линейная топология: RT7321 и драйвер светодиода PFC MR-16: RT8479.

1. Характеристика мерцания света в Светодиодные лампы

Для качественного внутреннего освещения требуется равномерно распределенный свет, стабильный световой поток и подходящая цветовая температура.Человеческий глаз чувствителен к изменению интенсивности света на более низких частотах, и колеблющаяся интенсивность света может привести к раздражению, утомлению глаз или головным болям.

В светодиодных лампах могут возникать два основных типа мерцания света:

  • Линия переменного тока колебания света, связанные с частотой (обычно с удвоенной частотой сети (100 Гц для частоты сети 50 Гц и 120 Гц для частоты сети 60 Гц)
  • Случайный свет колебания интенсивности (часто из-за несовместимости лампы и компоненты периферийного освещения)

Хотя мерцание выше 75 Гц не заметно для большинства людей, ощутимость мерцания связана не только с частотой: она также связана с интенсивностью пиков и спадов светоотдачи (модуляция интенсивности) и продолжительностью этих изменений.Два метода количественной оценки этого эффекта показаны на рисунке 1:

.


Рис. 1. Методы количественной оценки мерцания (руководство IES 10 th edition)

Измерение Процент мерцания относительно просто и может использоваться для источников света, которые периодически меняются, с относительно симметричными формами волны.
В источниках света, которые имеют несимметричные формы волны или показывают периодическое мигание, индекс Flicker Index является лучшим способом количественной оценки мерцания, поскольку он может учитывать различия в форме волны (т. Е. Рабочий цикл).

Обычные источники света не лишены мерцания: лампы накаливания имеют относительно низкое мерцание, их процент мерцания составляет около 10 ~ 20%. Это связано с большой тепловой постоянной времени нагретой нити накала. Лампы CFL с магнитным балластом могут иметь довольно сильное мерцание: процент мерцания от 37 до 70%. Современные CFL-лампы с электронным балластом имеют низкий уровень мерцания: процент мерцания составляет около 5%.

В настоящий момент не существует четкого стандарта относительно максимально допустимого мерцания в светодиодных лампах, но многие производители светодиодного освещения указывают, что процент мерцания должен быть менее 30% в диапазоне частот 100–120 Гц.

Световой поток светодиода

напрямую зависит от тока через светодиод, и по своей природе световой поток светодиода мгновенно реагирует на изменение текущего состояния светодиода. Таким образом, стабильный управляющий ток светодиодов является основным критерием для обеспечения работы светодиодных ламп без мерцания.

2. Связь между мерцанием и светодиодами Пульсация тока и напряжения светодиода

Чтобы определить взаимосвязь между мерцанием света, пульсацией тока светодиода и пульсацией выходного напряжения драйвера светодиода, необходимо изучить характеристики цепочки светодиодов.

На рисунке 2 показано соотношение между током светодиода и относительным световым потоком светодиода высокой яркости Cree XLAMP MX-6.

Рис. 2. Экстраполяция пульсаций тока светодиода на изменение светового потока для светодиода высокой яркости Cree

На графике изображена синусоидальная пульсация тока светодиода, и полученное изменение светового потока экстраполируется. Таким образом, изменение тока светодиода немедленно влияет на светоотдачу, но видно, что кривая не совсем линейна.Соотношение между пульсацией тока светодиода и результирующим% мерцания также не является линейным, и для большинства светодиодов% мерцания света ниже, чем% изменения тока.

В большинстве автономных драйверов светодиодов параметры схемы управляют пульсацией выходного напряжения (светодиода), а пульсация тока светодиода является результатом пульсаций выходного напряжения. Поэтому важно знать соотношение между пульсациями напряжения в цепочке светодиодов и пульсациями тока через светодиод. Эту связь можно найти на графике вольт-амперной характеристики светодиода на Рисунке 3.(Тот же Cree XLAMP MX-6 LED)

Рисунок 3. Кривая I / V светодиода с измерением динамического сопротивления


Динамическое сопротивление светодиода в определенной рабочей точке будет определять соотношение между пульсациями напряжения на светодиодах и результирующими колебаниями тока на светодиодах. Это динамическое сопротивление довольно мало, а это означает, что очень небольшая пульсация напряжения уже может привести к большой пульсации тока. Поскольку наклон кривой ВАХ изменяется в разных рабочих точках, динамическое сопротивление необходимо определять вокруг средней рабочей точки тока светодиода.
В большинстве светодиодных ламп используется несколько светодиодов. При последовательном размещении светодиодов динамическое сопротивление необходимо умножить на количество светодиодов. При параллельном подключении светодиодов динамическое сопротивление необходимо разделить на количество светодиодов, подключенных параллельно.

3. Базовая схема автономного светодиодного драйвера

Чтобы понять причину мерцания 100 Гц / 120 Гц в автономных светодиодных лампах, важно понимать основные операции драйвера светодиода с питанием от сети. Базовая схема показана на рисунке 4:

.

Рисунок 4.Базовый драйвер автономного переключения светодиодов


В большинстве одноступенчатых автономных драйверов светодиодов преобразователь состоит из понижающего, понижающе-повышающего или обратного преобразователя для преобразования (выпрямленного) линейного напряжения в подходящее выходное напряжение для управления цепочкой светодиодов. Основным контуром обратной связи является измерение тока светодиода, чтобы обеспечить постоянный (средний) ток цепочке светодиодов.

Для работы без мерцания ток светодиода I LED должен быть стабильным постоянным током, а напряжение светодиода V LED , таким образом, будет фиксированным постоянным напряжением.Поскольку линейное напряжение является синусоидальным, схема должна содержать хотя бы один буферный элемент напряжения для преобразования переменного тока в постоянное напряжение. Это может быть C1 или C2 на рисунке 4.

Приложения с низким коэффициентом мощности:

Рисунок 5. Преобразователь низкого коэффициента мощности

Выбор C1 в качестве буферного элемента (большое значение для C1, как на рисунке 5) обеспечит относительно стабильное входное напряжение постоянного тока для преобразователя, а при быстром контуре управления с обратной связью по току выходной ток I OUT также будет стабильным.C2 потребуется только для фильтрации высокочастотного шума переключения преобразователя и может иметь относительно небольшое значение. Частота линии в токе светодиода будет небольшой, что приведет к низкому мерцанию 100 Гц / 120 Гц. Однако выбор большого значения для C1 приведет к появлению импульсных входных токов, что приведет к низкому коэффициенту мощности, а линейный ток I IN будет иметь высокие гармонические искажения. Это решение обычно выбирается только в приложениях с драйверами светодиодов с низким энергопотреблением (<6 Вт).

Приложения с высоким коэффициентом мощности:

Рисунок 6.Преобразователь высокого коэффициента мощности


Для большинства светодиодных ламп большой мощности в настоящее время требуется хороший коэффициент мощности с низким уровнем гармоник входного тока. Это означает, что значение C1 должно быть небольшим, как показано на рисунке 6, и преобразователь должен также стараться поддерживать синусоидальный входной ток, что требует наличия контура управления с низкой полосой пропускания. Выходной ток преобразователя с высоким коэффициентом мощности может быть аппроксимирован функцией синуса 2 , которая представляет собой косинусоидальную форму волны с удвоенной частотой и средним током светодиода в качестве среднего значения.Элементом буфера напряжения теперь является C2, и он используется для уменьшения пульсаций напряжения на цепочке светодиодов. Очевидно, что для достижения очень малых пульсаций напряжения светодиода потребуются очень большие значения для C2. Колебания выходного напряжения вместе с характеристиками светодиода будут определять пульсации тока светодиода и последующее мерцание этих светодиодных ламп с частотой 100 Гц / 120 Гц.


Метод разработки для управления мерцанием в одноступенчатых драйверах светодиодов с высоким коэффициентом PFC следующий:

a. Определите максимальный процент мерцания (обычно около 30%).

г.Определите максимальное изменение от пика до пика тока светодиода I LED_PP по кривой зависимости светового потока от прямого тока

c. Определите динамическое сопротивление R DYNAMIC_TOTAL светодиода в рабочей точке по кривой I / V светодиода

г. Определите максимальную пульсацию напряжения от пика до пика V OUT_PP по всей цепочке светодиодов:

e. Определите требуемую емкость выходного конденсатора:

где:
I OUT_PP в 2 раза больше среднего тока светодиода (хорошее приближение для преобразователя с высоким коэффициентом мощности)
В OUT_PP - допустимая пульсация выходного напряжения от пика до пика на цепочке светодиодов
f - удвоенная частота линии.

В следующих главах показано несколько примеров автономных драйверов светодиодов, рассчитанных на определенный процент мерцания. Объясняются расчеты и измерения, и обсуждаются некоторые решения для уменьшения мерцания светодиодов.

4. Изолированный драйвер светодиода с высоким коэффициентом мощности 20 Вт с использованием RT7302

RT7302GS - это драйвер светодиода с обратным ходом постоянного тока, использующий регулировку первичной стороны и топологию постоянного времени включения для получения высокого коэффициента мощности. Преобразователь переходит в режим граничной проводимости.

На рисунке ниже показан эталонный дизайн для приложения T8 мощностью 20 Вт. Максимальное мерцание света определено на уровне 30%.

Рисунок 7. RT7302 Плата эталонного дизайна с узким форм-фактором для приложения T8

Длинный светильник T8 для этой конструкции T8 мощностью 20 Вт, как показано на рисунке, состоит из 8 параллельных цепочек светодиодов. Каждая цепочка состоит из 16 последовательно соединенных светодиодов. Тип светодиода - серия Edison Opto PLCC 3022 0,2 ​​Вт. Полная комбинация светодиодных цепочек имеет прямое напряжение 49 В при токе 400 мА.Таким образом, каждая светодиодная цепочка будет получать ток 50 мА.

На рисунке 8 ниже показаны графики из спецификации светодиодов, которые могут предоставить средства для получения допустимой пульсации тока и динамического сопротивления сборки гирлянды светодиодов.

Рисунок 8. Графики для светодиода низкого энергопотребления PLCC3022

Из графика зависимости яркости от тока: Для 30% мерцания света ток светодиода может изменяться на +/- 17,5 мА или 35%. Для всей сборки гирлянды (8 цепочек параллельно), максимальное значение тока светодиода может составлять 280 мАpp

Из кривой I / V: динамическое сопротивление одного светодиода около рабочей точки 50 мА равно 7.5 Ом. Динамическое сопротивление всей сборки гирлянды светодиодов составляет 7,5 * 16/8 = 15 Ом

Можно рассчитать допустимую пульсацию напряжения на всей комбинации струн:

Принципиальная схема драйвера светодиода мощностью 20 Вт показана на рисунке 9. Это конструкция с высоким коэффициентом мощности. Это означает, что выходной ток во вторичной обмотке будет иметь высокое содержание низкочастотных пульсаций, частота которых вдвое превышает частоту сети. Основным буферным элементом является выходной конденсатор EC1.

Рис. 9. Драйвер светодиода RT7302, 20 Вт, изолированный с высоким коэффициентом мощности

Для схемы с частотой сети 50 Гц значение выходного конденсатора можно оценить следующим образом:

Для EC1 был выбран конденсатор емкостью 330 мкФ.

На рисунке 10 ниже показаны измерения выходного тока преобразователя, напряжения светодиода, тока светодиода и светового выхода при входе 230 В / 50 Гц и с использованием выходного конденсатора 330 мкФ.

Рисунок 10.

Фиолетовый сигнал - это выходной ток преобразователя с удаленными высокочастотными переключениями.Амплитуда в два раза превышает средний ток светодиода и имеет частоту 100 Гц. Пульсации напряжения светодиода составляют 3,7 В (размах) из-за большего выходного конденсатора. Средний ток светодиода составляет 400 мА с пульсацией 279 мАpp, что составляет 34,8% пульсации. Динамическое сопротивление светодиодной сборки немного ниже, чем рассчитано по светодиодным графикам: 3,7 В / 279 мА = 13,6 Ом.

График осциллографа с правой стороны показывает ток светодиода и измеренную светоотдачу (измерение освещенности выполнено самодельным датчиком освещенности, см. Главу 9).Пульсация тока светодиода составляет 34,8%, измеренное мерцание - 30,4%, что очень близко к требуемому значению.

5. Неизолированный драйвер светодиода с высоким коэффициентом мощности 10 Вт с использованием RT8487

RT8487 - это контроллер драйвера светодиода с высоким коэффициентом мощности, который можно использовать в неизолированных приложениях Buck и Buck-Boost. Контроллер использует резонансное переключение в режиме граничной проводимости. В приведенном ниже примере применения показана конструкция мощностью 10 Вт с последовательным подключением шестнадцати светодиодов Cree XLAMP MX-6 для напряжения цепочки светодиодов 49 В.

Рисунок 11.RT8487 Неизолированный драйвер светодиода с высоким коэффициентом мощности 10 Вт

Драйвер рассчитан на средний выходной ток 200 мА. % Мерцания установлено на 30%. Ток и напряжение пульсации светодиода можно определить по графикам ниже.

Рисунок 12. Характеристики светодиодов для Cree XLAMP MX-6

Из графика зависимости яркости от тока: Для 30% мерцания света ток светодиода может изменяться в пределах +/- 70 мА или 35%.
Из кривой I / V: Динамическое сопротивление одного светодиода около рабочей точки 200 мА равно 1.7 Ом. Динамическое сопротивление всей сборки гирлянды светодиодов составляет 1,7 * 16 = 27,2 Ом (обратите внимание, что динамическое сопротивление светодиода выше в диапазоне малых токов). Допустимая пульсация напряжения на всей комбинации струн может быть рассчитана:

На рисунке 13 показана схема драйвера светодиода. RT8487 используется в топологии Buck с плавающим контроллером. Схема начальной загрузки обеспечивает питание ИС, а в схеме используются только стандартные катушки индуктивности барабана.

Рисунок 13.RT8487 Конструкция с высоким коэффициентом мощности 10 Вт в топологии с плавающим баком


Для схемы с частотой сети 50 Гц требуемое значение выходного конденсатора можно оценить следующим образом:

Для EC1 был выбран выходной конденсатор 220 мкФ.

На рисунке 14 показаны выходные измерения этого преобразователя.

Рисунок 14.

Фиолетовый сигнал - это выходной ток понижающего преобразователя с удаленными высокочастотными переключениями. Амплитуда переменного тока при 424 мАч немного выше, чем удвоенный средний ток светодиода.Пульсации напряжения светодиода составляют 3.07Vpp, что немного ниже первоначально рассчитанного значения из-за большего выходного конденсатора. Средний ток светодиода составляет 200 мА с пульсацией 120 мАpp, что составляет 30% пульсации. Динамическое сопротивление светодиодной сборки немного ниже, чем рассчитано по светодиодным графикам: 3,07 В / 120 мА = 25,6 Ом.
График осциллографа с правой стороны показывает ток светодиода и измеренную светоотдачу (измерение освещенности выполнено самодельным датчиком освещенности, см. Главу 9). Измеренное мерцание - 26.1%, что значительно ниже максимального требования.

Из ранее обсуждавшихся примеров ясно, что одноступенчатые конструкции с высоким коэффициентом коррекции коэффициента мощности будут генерировать некоторое мерцание, связанное с частотой линии. Величина мерцания зависит от частоты сети, амплитуды переменного тока на выходе преобразователя, размера выходного конденсатора, а также от яркостно-токовых характеристик и динамического сопротивления гирлянды светодиодов. Форма выходного тока преобразователя зависит от коэффициента мощности.

Чтобы уменьшить мерцание 100/120 Гц в одноступенчатых драйверах светодиодов PFC, необходимо уменьшить пульсации тока светодиода.Для этого есть несколько возможностей:

1. Уменьшите размах амплитуды выходного тока преобразователя. Этого можно добиться только за счет уменьшения коэффициента мощности конструкции, увеличения входного конденсатора и увеличения скорости токовой обратной связи. Коэффициенты PF и THD могут не соответствовать требованиям, и это решение обычно используется только для конструкций с низким энергопотреблением.

2. Увеличение выходного конденсатора. Чтобы снизить пульсации до очень низкого уровня, необходим конденсатор очень большой емкости, что увеличивает стоимость и размер.

3. Увеличение динамического сопротивления цепочки светодиодов: выбор светодиодов с более высоким R DYNAMIC или использование светодиода в нижней части кривой ВАХ. Можно также подключить резистор последовательно со светодиодной цепочкой, но это добавит дополнительных потерь и снизит эффективность преобразователя.

4. Также можно использовать линейный пострегулятор для устранения пульсаций на выходе, тем самым минимизируя пульсации тока светодиода. Простое схемное решение показано на рисунке 15.

Рис. 15. Цепи устранения пульсаций светодиодов с использованием транзисторов NPN или PNP


Схема представляет собой эмиттерный повторитель с самосмещением. Конфигурация Дарлингтона используется для поддержания относительно высокого импеданса базового резистора, поэтому для фильтрации пульсаций 100 Гц можно использовать небольшой конденсатор. Схема может быть размещена на V OUT , используя транзисторы NPN, или на GND, используя транзисторы PNP.

Добавление этой схемы снизит пульсации тока светодиода до очень низких значений, близких к 0%.Недостатком схемы устранения пульсаций тока светодиода является дополнительное рассеивание на Q2, которое снижает эффективность драйвера светодиода. Рассеивание в Q2 можно оценить по (V OUTPP /2 + 1,2 В) * I LED .

На Рисунке 16 показана схема устранения пульсации светодиода, протестированная с драйвером светодиода мощностью 10 Вт. Стабилитрон ZD2 добавлен для ускорения зарядки конденсатора фильтра во время запуска.

Рис. 16. Схема устранения пульсаций, примененная к конструкции 10 Вт

После реализации схемы устранения пульсаций ток светодиода полностью ровный и не мерцает.Для драйвера светодиода мощностью 10 Вт рассеиваемая мощность во втором квартале составляет около 0,63 Вт. КПД драйвера упал с 89% до 84,5%. Из-за относительно высокого рассеивания решение для удаления пульсаций подходит только для конструкций с низким энергопотреблением.

Работа без мерцания в драйверах светодиодов высокой мощности:

Для высокомощных драйверов светодиодов, требующих работы без мерцания, необходима двухступенчатая конструкция: это может быть изолированный каскад обратной связи PFC с отдельным понижающим каскадом на вторичной стороне или неизолированный PFC Boost + Buck, см. Примеры на рисунке 17.

Рис. 17. Изолированный обратный ход PFC с понижающим преобразователем CC

Неизолированный PFC Boost с высоким напряжением CC Buck

7. Уменьшение мерцания света в линейных автономных драйверах светодиодов

Благодаря доступности недорогих высоковольтных светодиодов, линейные автономные светодиодные драйверы становятся все более популярными. Линейные драйверы светодиодов Richtek RT7321 и RT7322 для средних мощностей используют четыре высоковольтных цепочки светодиодов, которые динамически подключаются параллельно или последовательно, тем самым увеличивая использование светодиодов в течение всего сетевого цикла.См. Рисунок 18.

Рисунок 18. Линейный драйвер светодиодов RT7321 (230 В) / RT7322 (110 В) с последовательным / параллельным переключением цепочки светодиодов

Поскольку схема не содержит элемента буфера напряжения, очевидно, что ток светодиода не может быть непрерывным в течение всего сетевого цикла: при переходе через нуль синусоидальной волны ток светодиода на определенное время упадет до нуля. Это приведет к мерцанию, но изменение светового потока не будет синусоидальным. Обычное количественное определение% мерцания не подходит для этого типа светодиодного драйвера.Пример поможет прояснить это.

На Рисунке 19 показана конструкция линейного драйвера светодиода мощностью 7 Вт с использованием высоковольтных светодиодов RT7321CCGSP и Philips Lumiled.

Рисунок 19. RT7321CCGSP 7W, конструкция

RT7321CGGSP обеспечивает 20 мА в параллельном режиме и 40 мА в последовательном режиме. В каждой цепочке светодиодов используются три последовательно включенных светодиода на 24 В и параллельно две цепочки, чтобы не выходить за пределы номинального тока светодиодов. Каждая строка будет иметь прямое напряжение примерно 72 В, что является подходящим значением для приложения RT7321 230 В.Для защиты от электромагнитных помех схеме требуется небольшой X-конденсатор и последовательный резистор. Все компоненты могут быть установлены на плате светодиодов. Измерения на рисунке 20 показывают совокупный общий ток светодиода и светоотдачу этой конструкции мощностью 7 Вт.

Рис. 20. Комбинированный ток светодиода и световой поток модели RT7321 7 Вт

Видно, что эта конструкция создает большую пульсацию светодиода, которая стремится к нулю, когда выпрямленное входное напряжение падает ниже напряжения цепочки светодиодов. Вычисление процента мерцания всегда дает 100% мерцание.Но поскольку форма волны не синусоида, вместо нее можно использовать индекс мерцания.
Можно измерить области выше и ниже среднего значения. Было обнаружено, что показатель мерцания этого сигнала составляет около 0,28, что все еще является относительно большим значением.

Можно уменьшить мерцание этой конструкции, добавив небольшую буферную схему. Но поскольку эта конструкция линейного драйвера предназначена для обеспечения разумного коэффициента мощности, простое добавление большого входного конденсатора не является подходящим решением.Можно добавить схему заполнения впадин с использованием небольших пленочных конденсаторов, которые обеспечивают достаточную буферизацию, чтобы поддерживать светодиоды LED1 и LED3 активными во время прохождения синусоидальной волны через нуль, и поддерживать коэффициент мощности на приемлемом уровне. На рисунке 21 показано схемное решение.

Рисунок 21.

Поскольку буферные конденсаторы с заполнением впадин не воспринимают полное выпрямленное линейное напряжение, можно использовать типы 250 В. Диоды и пленочные конденсаторы достаточно малы, чтобы поместиться на плате светодиода.Коэффициент мощности по-прежнему приемлем - 0,87.

Измеренный суммарный общий ток светодиода и светоотдача этого решения показаны на рисунке 22.

Рис. 22. Комбинированный ток светодиода и световой поток решения со схемой заполнения впадин

Теперь можно увидеть, что ток и световой поток светодиода остаются постоянными во время перехода синусоидальной волны через нуль. Индекс мерцания для формы выходного светового сигнала теперь составляет около 0,2. Конечно, он не так хорош, как активные решения в режиме переключения, но для многих приложений, требующих очень малого форм-фактора, он будет привлекательной альтернативой драйверам светодиодов в режиме переключения.

В некоторых применениях светодиодных ламп может происходить случайное мерцание. Это случайное мерцание проявляется как прерывистое изменение света с частотой, не обязательно связанной с частотой линии. Такое мерцание часто случается, когда светодиодные лампы используются в сочетании с существующими периферийными устройствами освещения, такими как диммеры или электронные трансформаторы.
Большинство существующего осветительного оборудования было разработано для традиционных ламп накаливания или галогенных ламп, которые работают как резистивные нагрузки с относительно высоким энергопотреблением.Большинство светодиодных ламп не ведут себя как резистивная нагрузка и из-за более высокого КПД потребляют гораздо меньше энергии. Когда они подключены к оборудованию, цепи могут работать со сбоями или работать с перебоями. Это вызывает мерцание лампы. Чтобы найти решение для этого, необходимо понять основные функции схемы периферийного оборудования и внести некоторые изменения в схему светодиодной лампы, чтобы сделать ее пригодной для использования в сочетании с оборудованием.

В качестве примера рассматривается приложение MR-16.На рисунке 23 ниже показано типичное применение лампы MR-16 и его электрический эквивалент.

Рисунок 23.

Схема электронного трансформатора представляет собой автоколебательный резонансный полумостовой преобразователь. Силовые транзисторы приводятся в действие небольшим трансформатором, который последовательно соединен с выходным трансформатором, чтобы получить пропорциональный нагрузке базовый ток возбуждения. Эти схемы очень хорошо работают с резистивными нагрузками, которые обеспечивают стабильный определенный ток нагрузки. Из-за того, что привод зависит от нагрузки транзистора, для запуска схемы требуется минимальный ток нагрузки.Этим условиям удовлетворяют галогенные лампы мощностью от 20 Вт до 60 Вт.

При подключении светодиодных ламп к электронным трансформаторам могут возникнуть всевозможные проблемы несовместимости:

1. Входной выпрямительный каскад светодиодной лампы совсем не похож на резистивную нагрузку; он больше похож на конденсатор.

2. Низкое энергопотребление светодиодной лампы не является достаточным для обеспечения стабильного пуска цепи электронного трансформатора.

3. Емкостная нагрузка может вызвать сильные всплески тока, которые могут вызвать срабатывание защиты электронного трансформатора от перегрузки по току, и могут привести к повторяющимся циклам отключения / повторного запуска.

На рисунке 24 ниже показана типичная недорогая светодиодная лампа MR-16, состоящая из выпрямительного каскада и понижающего драйвера светодиода, подключенного к электронному трансформатору. График осциллографа справа показывает соответствующие формы сигналов.

Рисунок 24.

Теоретически выходное напряжение 12 В переменного тока электронного трансформатора должно быть достаточным для зарядки V CAP до 16 ~ 17 В постоянного тока , а драйвер светодиода Buck должен иметь входное напряжение, достаточное для обеспечения постоянного тока для четыре светодиода.Но на самом деле видно, что электронный трансформатор активен только на короткое время. Емкостная нагрузка светодиодной лампы не может обеспечить стабильную работу электронного трансформатора, а буферный конденсатор лишь иногда заряжается сильноточными импульсами. Из-за такого прерывистого поведения входное напряжение понижающего преобразователя иногда падает ниже прямого напряжения цепочки светодиодов, и ток светодиода имеет провал. Это приводит к случайному низкочастотному мерцанию, которое очень хорошо видно.Примечание. Некоторые электронные трансформаторы более чувствительны к емкостным нагрузкам, чем другие. Светодиодная лампа может лучше работать с простыми электронными трансформаторами без средств защиты. Но в целом многие недорогие светодиодные лампы демонстрируют проблемы совместимости при подключении к различным электронным трансформаторам.

Чтобы решить эту проблему несовместимости, необходимо изменить конструкцию светодиодной лампы, чтобы она больше походила на галогенную лампу: входной ток должен быть стабильным и соответствовать минимальному рабочему току электронного трансформатора.

Richtek разработал специальные драйверы светодиодов MR-16 для достижения оптимальной совместимости с электронными трансформаторами. Эти драйверы светодиодов используют двухступенчатую топологию проектирования: см. Рисунок 25:

.

Рисунок 25. Двухступенчатая топология драйвера светодиода MR-16

Первая ступень - это повышающий преобразователь с контролем входного тока и выходного напряжения. Вторая ступень - понижающий преобразователь постоянного тока. Ступень Boost будет управлять уровнем входного тока, чтобы удовлетворить требования к минимальной нагрузке электронного трансформатора, и обеспечивать функцию PFC, поддерживая электронный трансформатор активным в течение полного сетевого цикла.Входное сопротивление будет напоминать резистивную нагрузку. Понижающий каскад питается от выходного напряжения Boost, где C1 - буферный элемент. Это повышающее напряжение является стабильным и достаточно высоким для последовательного перехода к светодиодным цепочкам до 5 светодиодов высокой яркости.


На рисунке 26 показано типичное приложение MR-16 мощностью 5 Вт, использующее RT8479C, который представляет собой полностью интегрированный двухступенчатый драйвер светодиода MR-16. В этой конструкции используются четыре последовательно соединенных светодиода Philips Lumiled Luxeon Rebel.

Рисунок 26.

RT8479C содержит два интегрированных силовых полевых МОП-транзистора: один для Boost (LX1) и один для Buck (LX2). Boost работает как регулятор пикового тока с фиксированным временем отключения, который обеспечивает определенный минимальный входной пиковый ток и естественную модуляцию тока PFC. Напряжение на шине регулируется Boost и включает защиту от перенапряжения. Buck представляет собой топологию быстрой гистерезисной постоянной пульсации тока и регулирует ток светодиода до стабильного уровня без мерцания с помощью резистора считывания на стороне высокого напряжения. ACTL может использоваться для управления током светодиода с помощью внешнего сигнала диммирования или позволяет регулировать ток через резистор NTC.

Рисунок 27. RT8479 Двухступенчатые входные и выходные сигналы MR-16

На рис. 27 показаны формы сигналов на входе и выходе драйвера светодиода RT8479 при подключении к электронному трансформатору. Электронный трансформатор активен в течение большей части периода линейного напряжения. (Только во время прохождения синусоидальной волны через ноль схема имеет небольшое время бездействия из-за запуска, запускаемого DIAC). Увеличенные формы сигналов справа показывают комбинированный цикл переключения трансформатора и наложенное переключение ступеней повышения: управление входным током повышения поддерживает максимальный входной ток на определенном уровне, достаточном для поддержания цепи трансформатора в активном состоянии.Boost также регулирует напряжение шины V CAP до уровня 25 В, что дает достаточный запас для понижающего каскада, чтобы управлять четырьмя светодиодами стабильным током без пульсаций. Еще одно преимущество этого режима работы заключается в том, что входной коэффициент мощности довольно высок, около 0,97, а отсутствие сильных всплесков тока повышает надежность всего приложения.

Хотя измерение изменения тока светодиода дает некоторую индикацию мерцания светодиода, лучше измерить фактическое изменение светового потока светодиодной цепочки.Поскольку для расчета процента мерцания необходимо измерить только относительное отклонение освещенности , можно использовать простой фотодатчик со встроенным усилителем. Форму выходного сигнала можно отобразить на осциллографе.

Схема на Рисунке 28 показывает простой преобразователь света в напряжение с использованием микросхемы TSL257.

Рисунок 28. Инструмент для измерения мерцания света

TSL257 - это простая ИС преобразователя света в напряжение с хорошей линейностью. Он может питаться от одной литий-ионной батареи, что делает его портативным измерительным инструментом.Выходное напряжение прямо пропорционально интенсивности света (облучению) и может быть подключено к осциллографу, тем самым отображая колебания света в виде волны на экране осциллографа. Полоса пропускания 2 кГц достаточна для измерения мерцания света. TSL257 не дорогой, его можно купить в Farnell или Digikey.

На следующих рисунках показано, как построить такой инструмент.

Необходимые компоненты: коаксиальный провод, литий-ионный аккумулятор, микросхема TSL257, переключатель, электролитический конденсатор 22 мкФ / 25 В и черный пластиковый ящик с 3-миллиметровым отверстием в верхней части.TSL257 помещается датчиком к отверстию.

Затем датчик фиксируется непрозрачным эпоксидным клеем. Наконец, подключены другие компоненты.

Из-за высокой светочувствительности TSL257, свет, падающий на датчик, необходимо значительно ослабить, чтобы сделать его пригодным для измерения прямого света от светодиодных цепочек.Над отверстием можно положить несколько слоев бумаги формата A4, чтобы добиться достаточного ослабления света. В качестве тестового инструмента использовалось 8 слоев бумаги.

Рисунок 29. Практическое измерение мерцания света

Чтобы избежать влияния окружающего света, освещение в помещении следует выключить. Инструмент должен быть расположен над светодиодной лампой, чтобы получить показание светоотдачи с максимальным уровнем около 3 В. Когда происходит отсечение формы волны, расстояние до источника света следует увеличить или добавить несколько слоев бумаги для большего ослабления света.Измерьте пиковое значение и среднее значение выходного сигнала датчика. Примените некоторое усреднение для уменьшения шума. Для синусоидальных сигналов% мерцания можно рассчитать по формуле:

Минимизация мерцания в светодиодных лампах начинается с хорошего понимания топологии драйвера и характеристик светодиодов. В одноступенчатых драйверах светодиодов с высоким коэффициентом мощности мерцание света можно количественно измерить, измерить и уменьшить путем выбора подходящих компонентов или добавления схем уменьшения пульсаций светодиодов. Чаще всего случайное мерцание вызвано проблемами совместимости светодиодных ламп и периферийного осветительного оборудования.Для решения этих проблем с мерцанием требуется тщательный анализ этих систем. Richtek предлагает несколько мощных решений для автономных светодиодных драйверов, которые демонстрируют хорошую совместимость с системами и удовлетворяют требованиям современного рынка светодиодных драйверов к мерцанию света.

.

светоизлучающих диодов (LED) - learn.sparkfun.com

Добавлено в избранное Любимый 53

Введение

Светодиоды окружают нас: В наших телефонах, автомобилях и даже в домах. Каждый раз, когда загорается что-то электронное, есть большая вероятность, что за ним находится светодиод. Они бывают самых разных размеров, форм и цветов, но независимо от того, как они выглядят, у них есть одна общая черта: они - бекон электроники.Они широко используются для улучшения любого проекта и часто добавляются к невероятным вещам (ко всеобщему удовольствию).

Однако, в отличие от бекона, после приготовления они бесполезны. Это руководство поможет вам избежать случайных светодиодных барбекю! Но обо всем по порядку. Что именно - это эта светодиодная штука, о которой все говорят?

светодиода (это «эл-и-ди») - это особый тип диодов, преобразующих электрическую энергию в свет. Фактически, LED расшифровывается как «Light Emitting Diode»."(Он делает то, что написано на жестяной коробке!) И это отражается в сходстве между символами диода и светодиода:

Короче говоря, светодиоды похожи на крошечные лампочки. Однако светодиоды требуют намного меньше энергии для включения по сравнению. Они также более энергоэффективны, поэтому не нагреваются, как обычные лампочки (если вы действительно не накачиваете их энергией). Это делает их идеальными для мобильных устройств и других приложений с низким энергопотреблением. Однако не стоит их исключать из игры с высокой мощностью.Светодиоды высокой интенсивности нашли свое применение в акцентном освещении, прожекторах и даже автомобильных фарах!

У вас уже есть тяга? Желание поставить светодиоды на все? Хорошо, оставайтесь с нами, и мы покажем вам, как это сделать!

Рекомендуемая литература

Вот еще несколько тем, которые будут обсуждаться в этом руководстве. Если вы не знакомы с каким-либо из них, пожалуйста, ознакомьтесь с соответствующим руководством, прежде чем идти дальше.

Что такое схема?

Каждый электрический проект начинается со схемы.Не знаю, что такое схема? Мы здесь, чтобы помочь.

Что такое электричество?

Мы можем видеть электричество в действии на наших компьютерах, освещающее наши дома, как удары молнии во время грозы, но что это такое? Это непростой вопрос, но этот урок прольет на него некоторый свет!

Диоды

Праймер диодный! Свойства диодов, типы диодов и применение диодов.

Электроэнергия

Обзор электроэнергии, скорости передачи энергии. Мы поговорим об определении мощности, ваттах, уравнениях и номинальной мощности. 1,21 гигаватта удовольствия от обучения!

Полярность

Введение в полярность электронных компонентов. Узнайте, что такое полярность, в каких частях она есть и как ее определить.

Рекомендуемый просмотр

Как ими пользоваться

Итак, вы пришли к разумному выводу, что светодиоды нужно ставить на все.Мы думали, ты придешь.

Давайте пройдемся по книге правил:

1) Полярность имеет значение

В электронике полярность указывает, является ли компонент схемы симметричным или нет. Светодиоды, будучи диодами, позволяют току течь только в одном направлении. А когда нет тока, нет света. К счастью, это также означает, что вы не можете сломать светодиод, подключив его обратной стороной. Скорее просто не получится.

Положительная сторона светодиода называется «анодом» и отмечена более длинным «проводом» или ножкой.Другая, отрицательная сторона светодиода называется «катодом» . Ток течет от анода к катоду и никогда не течет в обратном направлении. Перевернутый светодиод может препятствовать правильной работе всей схемы, блокируя прохождение тока. Так что не волнуйтесь, если добавление светодиода нарушит вашу цепь. Попробуйте перевернуть.

2) Моар равен лунному свету

Яркость светодиода напрямую зависит от того, сколько тока он потребляет. Это означает две вещи. Во-первых, сверхяркие светодиоды разряжают батареи быстрее, потому что дополнительная яркость возникает из-за использования дополнительной энергии.Во-вторых, вы можете управлять яркостью светодиода, контролируя количество проходящего через него тока. Но установка настроения - не единственная причина сократить свое течение.

3) Есть такая вещь, как слишком много мощности

Если вы подключите светодиод непосредственно к источнику тока, он попытается рассеять столько энергии, сколько ему позволено потреблять, и, как трагические герои прошлого, он уничтожит себя. Вот почему важно ограничить силу тока, протекающего через светодиод.

Для этого мы используем резисторы. Резисторы ограничивают поток электронов в цепи и защищают светодиод от попыток потреблять слишком большой ток. Не волнуйтесь, требуется лишь немного математики, чтобы определить лучшее значение резистора для использования. Вы можете узнать все об этом в примерах применения нашего руководства по резисторам!

Резисторы

1 апреля 2013 г.

Учебник по резисторам. Что такое резистор, как они ведут себя параллельно / последовательно, расшифровка цветовых кодов резисторов и применения резисторов.

Не позволяйте всей этой математике пугать вас, на самом деле довольно сложно все испортить слишком сильно. В следующем разделе мы рассмотрим, как сделать светодиодную схему без калькулятора.

Светодиоды без математики

Прежде чем мы поговорим о том, как читать даташит, давайте подключим несколько светодиодов. В конце концов, это руководство по светодиодам, а не учебник по для чтения .

Это также не учебник по математике, поэтому мы дадим вам несколько практических правил по настройке и работе светодиодов.Как вы, наверное, уже поняли из информации в последнем разделе, вам понадобится аккумулятор, резистор и светодиод. Мы используем батарею в качестве источника питания, потому что ее легко найти, и она не может обеспечить опасное количество тока.

Базовый шаблон для схемы светодиода довольно прост: просто подключите батарею, резистор и светодиод последовательно. Нравится:


Резистор 330 Ом

Хорошее сопротивление резистора для большинства светодиодов составляет 330 Ом (оранжевый - оранжевый - коричневый).Вы можете использовать информацию из последнего раздела, чтобы помочь вам определить точное значение, которое вам нужно, но это светодиоды без математики ... Итак, начните с подключения резистора 330 Ом в приведенную выше схему и посмотрите, что произойдет.

Пробная версия и ошибка

Интересная особенность резисторов заключается в том, что они рассеивают дополнительную мощность в виде тепла, поэтому, если у вас есть резистор, который нагревается, вам, вероятно, нужно использовать меньшее сопротивление. Однако, если ваш резистор слишком мал, вы рискуете пережечь светодиод! Учитывая, что у вас есть несколько светодиодов и резисторов, с которыми можно поиграть, вот блок-схема, которая поможет вам разработать схему светодиодов методом проб и ошибок:


Бросок с таблеткой

Еще один способ зажечь светодиод - просто подключить его к батарейке типа «таблетка»! Так как батарейка не может подавать достаточно тока, чтобы повредить светодиод, вы можете соединить их напрямую! Просто вставьте батарейку CR2032 между выводами светодиода.Длинная ножка светодиода должна касаться стороны батареи, отмеченной знаком «+». Теперь вы можете обернуть все это скотчем, добавить магнит и приклеить его к вещам! Ура пледам!

Конечно, если вы не получаете хороших результатов с помощью метода проб и ошибок, вы всегда можете достать свой калькулятор и вычислить его. Не волнуйтесь, рассчитать лучшее значение резистора для вашей схемы несложно. Но прежде чем вы сможете определить оптимальное значение резистора, вам нужно будет найти оптимальный ток для вашего светодиода.Для этого нам нужно отчитаться в таблице данных ...

Получить подробности

Не подключайте какие-либо странные светодиоды к своим цепям, это просто не здорово. Сначала узнайте их. А как лучше даташит читать.

В качестве примера мы рассмотрим техническое описание нашего базового красного 5-миллиметрового светодиода.

Светодиодный ток

Начиная сверху и спускаясь вниз, первое, что мы встречаем, - это очаровательный столик:

Ах да, но что все это значит?

В первой строке таблицы указывается, какой ток ваш светодиод может выдерживать непрерывно.В этом случае вы можете дать ему 20 мА или меньше, и он будет светить наиболее ярко при 20 мА. Вторая строка сообщает нам, каким должен быть максимальный пиковый ток для коротких импульсов. Этот светодиод может обрабатывать короткие удары до 30 мА, но вы не хотите поддерживать этот ток слишком долго. Эта таблица даже достаточно полезна, чтобы предложить стабильный диапазон тока (в третьей строке сверху) 16-18 мА. Это хорошее целевое число, которое поможет вам произвести расчеты резисторов, о которых мы говорили.

Следующие несколько строк менее важны для целей данного руководства.Обратное напряжение - это свойство диода, о котором в большинстве случаев не стоит беспокоиться. Рассеиваемая мощность - это количество энергии в милливаттах, которое светодиод может использовать до получения повреждений. Это должно работать само по себе, пока вы держите светодиод в пределах предполагаемых номинальных значений напряжения и тока.

Напряжение светодиода

Давайте посмотрим, какие еще таблицы они здесь поставили ... Ах!

Это полезный столик! Первая строка сообщает нам, каким будет падение прямого напряжения на светодиоде.Прямое напряжение - это термин, который часто используется при работе со светодиодами. Это число поможет вам решить, какое напряжение вашей цепи потребуется для подачи на светодиод. Если у вас есть более одного светодиода, подключенного к одному источнику питания, эти числа действительно важны, потому что прямое напряжение всех светодиодов, сложенных вместе, не может превышать напряжение питания. Мы поговорим об этом более подробно позже, в более глубоком разделе этого руководства.

Длина волны светодиода

Во второй строке этой таблицы указывается длина волны света.Длина волны - это, по сути, очень точный способ объяснить, какого цвета свет. Это число может немного отличаться, поэтому таблица дает нам минимум и максимум. В данном случае это от 620 до 625 нм, что находится как раз в нижнем красном конце спектра (от 620 до 750 нм). Опять же, мы рассмотрим длину волны более подробно в более глубоком разделе.

Яркость светодиода

Последняя строка (обозначенная как «Luminous Intensity») - это показатель яркости светодиода. Единица mcd, или милликандела , является стандартной единицей измерения интенсивности источника света.Этот светодиод имеет максимальную интенсивность 200 мкд, что означает, что он достаточно яркий, чтобы привлечь ваше внимание, но не совсем яркий фонарик. На 200 мкд этот светодиод будет хорошим индикатором.

Угол обзора

Далее у нас есть веерообразный график, который представляет угол обзора светодиода. В светодиодах разных стилей используются линзы и отражатели, чтобы либо сконцентрировать большую часть света в одном месте, либо максимально широко его распределить. Некоторые светодиоды похожи на прожекторы, испускающие фотоны во всех направлениях; Другие настолько направлены, что вы не можете сказать, что они идут, если не смотрите прямо на них.Чтобы прочитать график, представьте, что светодиод вертикально стоит под ним. «Спицы» на графике обозначают угол обзора. Круглые линии представляют интенсивность в процентах от максимальной интенсивности. У этого светодиода довольно узкий угол обзора. Вы можете видеть, что если смотреть прямо на светодиод, то он самый яркий, потому что при 0 градусах синие линии пересекаются с самым дальним кругом. Чтобы получить угол обзора 50%, то есть угол, при котором свет становится вдвое слабее, проследите по кругу 50% по графику, пока он не пересечет синюю линию, затем проследите за ближайшей спицей, чтобы определить угол.Для этого светодиода угол обзора 50% составляет около 20 градусов.

Размеры

Наконец, механический чертеж. Это изображение содержит все размеры, которые вам понадобятся для установки светодиода в корпусе! Обратите внимание, что, как и у большинства светодиодов, у этого есть небольшой фланец внизу. Это очень удобно, если вы хотите установить его на панели. Просто просверлите отверстие идеального размера для корпуса светодиода, и фланец не даст ему провалиться!

Теперь, когда вы знаете, как расшифровать таблицу, давайте посмотрим, какие необычные светодиоды вы можете встретить в дикой природе...

Типы светодиодов

Поздравляем, вы знаете основы! Может быть, вы даже заполучили несколько светодиодов и начали зажигать, это круто! Как бы вы хотели активизировать свою игру в миг? Давайте поговорим о том, как сделать это за пределами вашего стандартного светодиода.

Крупный план сверхяркого 5-мм светодиода крупным планом

Типы светодиодов

А вот и другие персонажи.

RGB светодиоды

Светодиоды

RGB (красный-зеленый-синий) - это фактически три светодиода в одном! Но это не значит, что он может делать только три цвета.Поскольку красный, зеленый и синий являются дополнительными основными цветами, вы можете управлять интенсивностью каждого из них, чтобы создать каждый цвет радуги. Большинство светодиодов RGB имеют четыре контакта: по одному для каждого цвета и общий контакт. У некоторых общий вывод - это анод, а у других - катод.

Светодиод с чистым катодом RGB

Светодиоды с интегральными схемами

Велоспорт

Некоторые светодиоды умнее других. Возьмем, к примеру, светодиодный индикатор цикла.Внутри этих светодиодов на самом деле есть интегральная схема, которая позволяет светодиоду мигать без внешнего контроллера. Вот крупный план ИС (большой черный квадратный чип на кончике наковальни), контролирующий цвета.

5-миллиметровый светодиод с медленным циклом крупным планом

Просто включите его и смотрите! Они отлично подходят для проектов, где вам нужно немного больше действий, но нет места для схем управления. Есть даже мигающие светодиоды RGB, которые сменяют тысячи цветов!

Адресные светодиоды

Светодиоды других типов можно регулировать индивидуально.Существуют различные наборы микросхем (WS2812, APA102, UCS1903, и многие другие), используемые для управления отдельным светодиодом, соединенным в цепочку. Ниже представлен крупный план WS2812. Большая квадратная микросхема справа управляет цветами по отдельности.

Адресный WS2812 PTH крупным планом

Встроенный резистор

Что это за магия? Светодиод со встроенным резистором? Вот так. Есть также светодиоды с небольшим токоограничивающим резистором. Если вы внимательно посмотрите на изображение ниже, на стойке есть небольшая черная квадратная микросхема, которая ограничивает ток на этих типах светодиодов.

Светодиод со встроенным резистором крупным планом

Итак, подключите светодиод со встроенным резистором к источнику питания и зажгите его! Мы протестировали эти типы светодиодов при напряжении 3,3, 5 и 9 В.

Суперяркий зеленый светодиод с питанием от встроенного резистора

Примечание: В техническом описании светодиодов со встроенным резистором указано, что рекомендуемое прямое напряжение составляет около 5 В. При тестировании на 5 В он потребляет около 18 мА.Стресс-тест с батареей 9В, тянет около 30мА. Вероятно, это верхний предел входного напряжения. Использование более высокого напряжения может сократить срок службы светодиода. При напряжении около 16 В светодиод перегорел во время наших стресс-тестов.

Пакеты для поверхностного монтажа (SMD)

Светодиоды

SMD - это не столько конкретный вид светодиода, сколько тип корпуса. По мере того как электроника становится все меньше и меньше, производители придумали, как втиснуть больше компонентов в меньшее пространство. Детали SMD (устройство для поверхностного монтажа) представляют собой крошечные версии своих стандартных аналогов.Вот крупный план адресного светодиода WS2812B, упакованного в небольшой корпус 5050.

Адресный WS2812B Крупный план

Светодиоды

SMD бывают разных размеров, от довольно больших до меньших, чем рисовое зерно! Поскольку они такие маленькие и у них есть прокладки вместо ножек, с ними не так просто работать, но если у вас мало места, они могут быть именно тем, что прописал врач.

WS2812B-5050 Упаковка APA102-2020 Упаковка

Светодиоды SMD также упрощают и ускоряют сборку и установку машин для установки партии светодиодов на печатные платы и полосы.Вероятно, вы не стали бы вручную паять все эти компоненты вручную.

Крупный план адресной светодиодной матрицы 8x32 (WS2812-5050) Адресная светодиодная лента 5 м (APA102-5050) с питанием от ленты

Высокая мощность

мощных светодиода от таких производителей, как Luxeon и CREE, невероятно яркие. Это ярче суперяркости! Обычно светодиод считается высокомощным, если он может рассеивать 1 Вт или более мощности.Это необычные светодиоды, которые вы найдете в действительно хороших фонариках. Массивы из них могут быть построены даже для прожекторов и автомобильных фар. Поскольку через светодиоды пропускается так много энергии, для них часто требуются радиаторы. Радиатор - это, по сути, кусок теплопроводящего металла с большой площадью поверхности, задача которого - отводить как можно больше отработанного тепла в окружающий воздух. Некоторое тепловыделение может быть встроено в конструкцию некоторой коммутационной платы, такой как показанная ниже.

Светодиод высокой мощности RGB Алюминиевая задняя часть для рассеивания тепла

Светодиоды высокой мощности могут выделять так много тепла, что они могут повредить себя без надлежащего охлаждения. Не позволяйте термину «отработанное тепло» вводить вас в заблуждение, эти устройства по-прежнему невероятно эффективны по сравнению с обычными лампами. Для управления можно использовать драйвер светодиода постоянного тока.

Специальные светодиоды

Есть даже светодиоды, которые излучают свет за пределами нормального видимого спектра. Например, вы, вероятно, используете инфракрасные светодиоды каждый день. Они используются в таких вещах, как пульты от телевизора, для отправки небольших фрагментов информации в виде невидимого света! Они могут выглядеть как стандартные светодиоды, поэтому их будет сложно отличить от обычных светодиодов.

ИК-светодиод

На противоположном конце спектра также можно встретить ультрафиолетовые светодиоды.Ультрафиолетовые светодиоды заставляют определенные материалы светиться, как черный свет! Они также используются для дезинфекции поверхностей, потому что многие бактерии чувствительны к УФ-излучению. Они также могут быть использованы для обнаружения подделок (счетов, кредитных карт, документов и т. Д.), Солнечных ожогов, список можно продолжить. При использовании этих светодиодов надевайте защитные очки.

УФ-светодиод для проверки банкноты США

Другие светодиоды

Имея в вашем распоряжении такие модные светодиоды, нет оправдания тому, чтобы ничего не светить.Однако, если ваша жажда знаний о светодиодах не утолена, читайте дальше, и мы подробно рассмотрим светодиоды, цвет и интенсивность света!

Углубляясь в глубину

Итак, вы закончили выпуск LEDs 101 и хотите большего? О, не волнуйтесь, у нас есть еще. Начнем с науки, которая заставляет светодиоды светиться ... эээ ... мигать. Мы уже упоминали, что светодиоды - это особый вид диодов, но давайте углубимся в то, что это означает:

То, что мы называем светодиодом, на самом деле является светодиодом и упаковкой вместе, но сам светодиод на самом деле крошечный! Это чип из полупроводникового материала, легированного примесями, который создает границу для носителей заряда.Когда ток течет в полупроводник, он перескакивает с одной стороны этой границы на другую, высвобождая при этом энергию. В большинстве диодов эта энергия уходит в виде тепла, но в светодиодах эта энергия рассеивается в виде света!

Длина волны света и, следовательно, цвет зависит от типа полупроводникового материала, из которого изготовлен диод. Это связано с тем, что структура энергетических зон полупроводников отличается в зависимости от материала, поэтому фотоны излучаются с разными частотами. Вот таблица распространенных светодиодных полупроводников по частоте:

Усеченная таблица полупроводниковых материалов по цвету.Полная таблица доступна в статье Википедии для "LED"

В то время как длина волны света зависит от ширины запрещенной зоны полупроводника, интенсивность зависит от величины мощности, проталкиваемой через диод. Мы немного говорили об интенсивности света в предыдущем разделе, но это нечто большее, чем просто цифра, показывающая, насколько ярко что-то выглядит.

Единица измерения силы света называется кандела, хотя, когда вы говорите об интенсивности одного светодиода, вы обычно находитесь в диапазоне милликандел.В этом устройстве интересно то, что на самом деле это не показатель количества световой энергии, а реальный показатель «яркости». Это достигается за счет того, что мощность, излучаемая в определенном направлении, взвешивается по функции яркости света. Человеческий глаз более чувствителен к некоторым длинам волн света, чем к другим, и функция яркости является стандартизированной моделью, которая учитывает эту чувствительность.

Яркость светодиодов может составлять от десятков до десятков тысяч милликандел.Световой поток на вашем телевизоре, вероятно, составляет около 100 мкд, тогда как у хорошего фонарика может быть 20 000 мкд. Смотреть прямо во все, что ярче нескольких тысяч милликандел, может быть болезненным; не пытайся.

Падение прямого напряжения

О, я также обещал, что мы поговорим о концепции прямого падения напряжения. Помните, когда мы смотрели техническое описание и упоминали, что прямое напряжение всех ваших светодиодов вместе взятых не может превышать напряжение вашей системы? Это связано с тем, что каждый компонент в вашей схеме должен на совместно использовать напряжения, и количество напряжения, которое каждая часть использует вместе, всегда будет равняться доступному количеству.Это называется законом напряжения Кирхгофа. Таким образом, если у вас есть источник питания 5 В, и каждый из ваших светодиодов имеет прямое падение напряжения 2,4 В, вы не можете питать более двух одновременно.

Законы Кирхгофа также пригодятся, когда вы хотите приблизительно определить напряжение на данной детали на основе прямого напряжения других деталей. Например, в примере, который я только что привел, есть источник питания 5 В и 2 светодиода с падением прямого напряжения 2,4 В каждый. Конечно, мы бы хотели добавить резистор, ограничивающий ток, верно? Как узнать напряжение на резисторе? Это просто:

5 (напряжение системы) = 2.4 (светодиод 1) + 2,4 (светодиод 2) + резистор

5 = 4,8 + резистор

Резистор = 5-4,8

Резистор = 0,2

Значит, на резисторе 0,2 В! Это упрощенный пример, и это не всегда так просто, но, надеюсь, он дает вам представление о важности прямого падения напряжения. Используя число напряжения, которое вы получаете из законов Кирхгофа, вы также можете делать такие вещи, как определение тока через компонент, используя закон Ома. Короче говоря, вы хотите, чтобы напряжение вашей системы было равным ожидаемому прямому напряжению компонентов вашей комбинированной схемы.

Расчет токоограничивающих резисторов

Если вам необходимо рассчитать точное значение резистора, ограничивающего ток, последовательно со светодиодом, ознакомьтесь с одним из примеров применения в руководстве по резисторам для получения дополнительной информации.

Ресурсы и дальнейшее развитие

Вы сделали это! Вы знаете, почти все ... о светодиодах. А теперь иди и зажигай светодиоды, что хочешь! А теперь ... драматическая реконструкция светодиода без перенапряжения токоограничивающего резистора и его выгорания:

Ага... это не впечатляюще.

Если вы хотите узнать больше о некоторых темах, связанных со светодиодами, посетите эти другие руководства:

Свет

Свет - полезный инструмент для инженера-электрика. Понимание того, как свет соотносится с электроникой, является фундаментальным навыком для многих проектов.

ИК-связь

В этом руководстве объясняется, как работает обычная инфракрасная (ИК) связь, а также показано, как настроить простой ИК-передатчик и приемник с Arduino.

Как производятся светодиоды

Мы совершим экскурсию по производителю светодиодов и узнаем, как изготавливаются светодиоды PTH 5 мм для SparkFun.

Осветите кровать вашего 3D-принтера

Возникли проблемы с просмотром отпечатка в темной освещенной комнате? В этом уроке мы будем использовать светодиодные ленты для освещения области печатного стола на 3D-принтере LulzBot!

Руководство по подключению LumiDrive

Светодиодный драйвер LumiDrive - это набег SparkFun на все, что связано с Python на микроконтроллерах.С помощью SparkFun LumiDrive вы сможете контролировать и настраивать целый ряд APA102 прямо с самой платы.

Хотите узнать больше о светодиодах?

На нашей странице LED вы найдете все, что вам нужно знать, чтобы начать использовать эти компоненты в своем проекте.

Отведи меня туда!

Или ознакомьтесь с некоторыми из этих сообщений блога по теме:

.

Страница не найдена · GitHub · GitHub

перейти к содержанию Зарегистрироваться
  • Почему именно GitHub? Особенности →
    • Обзор кода
    • Управление проектами
    • Интеграции
    • Действия
    • Пакеты
    • Безопасность
    • Управление командой
    • Хостинг
    • мобильный
    • Истории клиентов →
    • Безопасность →
  • Команда
  • Предприятие
.

Смотрите также