Соединение светодиодов. Последовательное, параллельное включение оптоэлектронных приборов, оптронов, оптопар, твердотельных реле

Как правильно включить светодиод, соединять их и входные цепи приборов на их основе (оптронов, твердотельных реле)? (10+)

Соединение светодиодов

Оглавление :: ПоискТехника безопасности :: Помощь

В схемах нередко приходится объединять в группы светоизлучающие полупроводниковые приборы (светодиоды и устройства на их основе). В таких группах нужно обеспечить, чтобы все, соединенные светодиоды имели приблизительно одинаковую яркость свечения. Соединение светодиодов обычно применяется для повышения суммарной яркости. Оптопары и твердотельные реле необходимо включать в группы, чтобы обеспечить одновременное управление несколькими гальванически развязанными выходами. Далее мы будет говорить 'светодиод', понимая, что на входе оптоэлектронных приборов и твердотельных реле стоит светодиод, и все, что сказано для светоизлучающих диодов, верно и для входных цепей оптоэлектроники.

Параллельное включение

Когда возникает описанная выше задача, первое, что приходит в голову - соединить параллельно. Но такое лобовое решение на самом деле неприемлемо. Дело в том, что напряжение, при котором светодиод начинает светиться, разное у разных светодиодов даже одного типа и одной производственной партии. Разброс может составлять несколько процентов, а отклонение питающего напряжения от оптимального на несколько процентов приводит к изменению яркости свечения в разы.

Светодиод ведет себя, как стабилитрон. Ток через него практически не идет, когда напряжение ниже номинального и экспоненциально нарастает при превышении напряжением этого значения. Таким образом яркость светодиодов, соединенных параллельно, может отличаться в разы. Соединенные таким образом оптроны или реле ведут себя странно. Одно реле открывается, а другое принципиально не хочет. Теперь Вам стала понятна причина этого явления.

Но на самом деле все намного хуже. Напряжение отпирания сильно снижается при даже небольшом росте температуры. Так что тот светодиод, который с самого начала горит ярче, еще и сильнее нагревается, начинает отбирать все больший ток, и светиться еще ярче, в то время, как его соседи совсем перестают работать.

Решение есть. В любом случае светодиоды нельзя подключать к источнику напряжения напрямую, так как напряжение источника может отличаться от напряжения отпирания. Применяется токоограничивающий резистор. При параллельном включении светодиодов нужно применять отдельный резистор на каждый светодиод, а параллельно включать уже пары светодиод - резистор. Резисторы выровняют силу тока через разные светодиоды и обеспечат стабильную работу.

Такой подход хорошо работает, если напряжение питания в разы превышает напряжение включения светодиода. Тогда можно выбрать резистор довольно большого сопротивления и получить относительно стабильный ток через светодиод.

[Сопротивление токоограничивающего резистора, кОм] = ([Напряжение питания, В] - [Рабочее напряжение светодиода, В]) / [Рабочий ток светодиода, мА]

Что делать, если напряжение питания превышает рабочее напряжение светодиода всего на 1 - 2 вольта. Есть такое оригинальное решение использующее, что ток коллектора биполярного транзистора пропорционален току базы и мало зависит от напряжения коллектор - эмиттер. При этом напряжение насыщения коллектор - эмиттер может составлять десятые доли вольта, так что предлагаемая схема работает при условии превышения питающего напряжения над рабочим напряжением светодиода всего на несколько десятых вольта.

Коэффициент передачи тока транзистора имеет большой разброс, так что сопротивление резистора в цепи базы нужно подбирать в широких пределах для каждого конкретного транзистора, чтобы получить нужный ток коллектора. Чтобы не спалить транзистор и светодиод, начинать подбор нужно со следующего значения.

[Сопротивление резистора в цепи базы, кОм] = [Напряжение питания, В] * [Максимально возможный для этого транзистора коэффициент передачи тока] / [Рабочий ток светодиода, мА]

При параллельном включении каждый светодиод обвязывается описанным способом, а потом такие блоки включаются параллельно.

Если нам нужно включить только один светодиод, то опять же подход зависит от напряжения питания. Если оно довольно велико, используем резистор, если близко к рабочему напряжению, то - токозадающую цепь на транзисторе.

Описанная схема с транзистором хороша тем, что позволяет проектировать цепи питания светодиодов с напряжением, очень близким к рабочему напряжению светодиода, а значит - высоким КПД. Потери на питание цепи базы при выборе транзистора с высоким коэффициентом передачи, минимальные.

Последовательное соединение

А вот последовательно соединять светодиоды очень легко. Через всю цепь будет течь одинаковый ток. Все светодиоды будут светить с одинаковой яркостью (яркость свечения зависит именно от силы тока), а напряжение питания автоматически правильно распределится между светодиодами. При этом суммарное рабочее напряжение цепи будет равно сумме рабочих напряжений светодиодов. Полученная цепь будет вести себя, как один светодиод с большим рабочим напряжением.

Для полученной цепи верны все соображения по питанию одиночного светодиода. Необходимы токоограничивающие цепи, резисторная или другая. Такие цепочки можно дальше соединять параллельно (с учетом сказанного выше для одиночных элементов). Получится параллельно - последовательное соединение.

(читать дальше...) :: (в начало статьи)

Оглавление :: ПоискТехника безопасности :: Помощь

К сожалению в статьях периодически встречаются ошибки, они исправляются, статьи дополняются, развиваются, готовятся новые. Подпишитесь, на новости, чтобы быть в курсе.

Если что-то непонятно, обязательно спросите!
Задать вопрос. Обсуждение статьи. [1] сообщений.

Как быть, если надо соединить в цепи последовательно несколько светодиодов разных типов. Например, несколько ИК- и один синий диод для контроля цепи? Читать ответ...