Подключение светодиодов

Из уравнения (1) следует, что даже незначительное превышение приложенного прямого напряжения к p-n переходу по отношению к U_max, приводит к значительному росту тока через него. Кроме того, при прохождении прямого тока выделяется энергия в виде теплоты, увеличивается концентрация электронов и дырок в полупроводнике, сопротивление p-n перехода уменьшается, а величина прямого тока бесконтрольно растет. Для стабилизации электрических параметров светодиода, его надо подключать к источнику постоянного тока через токоограничивающий резистор R (рис.2).

Зная критические параметры светодиода U_max и i_max можно найти величину токоограничивающего резистора по формуле

где Е – ЭДС источника тока.

Пример. Имеется светодиод с рабочим напряжением 3 В и рабочим током 20 мА. Необходимо подключить его к источнику с Е = 5 В. Сопротивление токоогра-ничивающего резистора, вычисленное по формуле (2), равно R = 100 Ом. Так как резисторы имеют разброс параметров до ±20% от номинальной величины, то для безопасности светодиода разумно взять резистор величиной R ≈ 120 - 150 Ом.

Светодиодные лампы

Долгое время светодиоды использовались в качестве индикаторных источников. Лишь в 1989 году доктор Ш. Накамура из фирмы Nichia Chemical, получил светодиод с голубым свечением, а в январе 1998 года фирма приступила к выпуску белых светодиодов. С этих пор началась интенсивная работа по проектированию и производству разнообразных светодиодных источников света, которые успешно используются в различных сферах человеческой деятельности. В начале XXI в. разработаны инновационные светодиодные источники света,имеющие форму лампочек со стандартным цоколем, которые получили название ретрофитных.

Первые лампы состояли из нескольких ярких маломощных светодиодов, установленных внутри параболического отражателя. На рисунке 3 а представлена лампа мощностью 1,4 Вт, состоящая из 38 светодиодов. Питание светодиодов осуществляется от блока питания, который установлен в цокольном отсеке.

Современная светодиодная ретрофитная лампа (рис.3b) состоит из нескольких элементов, среди которых основными являются: преобразователь питания-1 (светодиодный драйвер), светодиодная матрица-2, система охлаждения-3 и оптическая система-4. Оптическая система состоит либо из прозрачной или матовой стеклянной колбы, равномерно рассеивающей свет, либо колба изнутри покрыта люминофором. В зависимости от состава люминофора можно получить любой спектральный состав излучения – от теплых тонов до холодных. Светодиодная матрица установлена на радиаторе, который обеспечивает теплообмен между кристаллами мощных светодиодов и окружающей средой.

Светодиодный драйвер преобразует переменное сетевое напряжение 220В в низковольтное стабилизированное постоянное напряжение, необходимое для питания светодиодных кристаллов.

Типичная схема светодиодного драйвера показана на рис.

Сетевое переменное напряжение проходит через фильтр электромагнитных помех (ЭМП) на выпрямитель. Затем выпрямленное напряжение проходит через ступень коррекции коэффициента мощности (ККМ) и питает, собственно, импульсный стабилизатор тока, к выходу которого подключены светодиоды.

1. Входной помехоподавляющий фильтр (ЭМП) предотвращает проникновение высокочастотных импульсных помех как из сети в блок питания, так и наоборот — из блока питания в сеть.

2. Выпрямитель выполнен по схеме диодного моста. Диодный мост преобразует переменный ток с частотой сети 50 Гц в пульсирующий ток одного направления, частотой 100 Гц. На выходе диодного моста установлен фильтр, который частично сглаживает пульсации тока. Физические процессы, происходящие в нелинейных элементах выпрямителя (диодах), создают эффект реактивной мощности, которую потребляет лампа.

3. Главная задача ступени коррекции коэффициента мощности (ККМ) — сократить величину реактивной составляющей мощности до минимума.

4. Яркость светодиода сильно зависит от тока, через него протекающего. Ток же, в свою очередь, определяется многими параметрами, важнейшими из которых являются питающее напряжение и температура p-n-перехода светодиода. Поэтому первая и основная функция стабилизатора тока и в целом драйвера светодиодной лампы — обеспечивать стабильный ток, вне зависимости от изменения внешних параметров.