Jak zapojit LED lampy do série?

LED osvětlení v jedné z místností plánuji vyrobit z následujících komponentů:

• transformátor pro halogenové žárovky Osram HTM 70/230…240
• pět 12V LED žárovek Osram PARATHOM MR16

Tyto žárovky jsou umístěny jako náhrada za halogenové žárovky, ale jsou LED.

Proto vyvstala otázka: Je lepší je zapojit paralelně nebo sériově?

haramamburu

14.06.2014 ve 00:54:32

lev125

14.06.2014 ve 00:56:04

Vážení, nyní používají LED lampy bez transformátorů. Výběr je obrovský.

Kostjan Čeljabinsk

14.06.2014 ve 05:20:29

Vysvětlit. Jako věnec na vánoční stromeček, že? Přestávám něčemu v tomto životě rozumět

Prok12

14.06.2014 ve 06:47:35

lev125 napsal: Vážení, nyní používají LED lampy bez transformátorů. Výběr je obrovský.

ksiman

14.06.2014 ve 08:58:31

Mnoho LED žárovek nemůže správně fungovat, když jsou zapojeny do série

můj

14.06.2014 ve 16:48:26

lev125 napsal: Vážení, nyní používají LED lampy bez transformátorů. Výběr je obrovský.

Jsem si vědom :-). Je to tak, že v takových lampách je veškerá elektronika v základně a jak se mi zdá, nemůže zajistit optimální provoz LED.

můj

14.06.2014 ve 16:55:40

Kostyan Chelyab napsal: Vysvětlit. Jako věnec na vánoční stromeček, že? Přestávám něčemu v tomto životě rozumět

Ano, je to tak. U LED je důležitá konstantní síla proudu, a protože nevím, jak lampa funguje, položil jsem otázku. Samozřejmě z praktického hlediska špatný obvod, shoří jedna lampa a přestane fungovat celý obvod. Ale lampy určené k provozu od řidičů, podle mého názoru, lze připojit pouze tímto způsobem.

můj

14.06.2014 ve 17:28:45

Tyto transformátory produkují konstantní nepulsní napětí. Nejsem si jistý, že budou pracovat s lampami z vlastního katalogu. Mimochodem, je špatné, že na svém webu nemají informace o správném připojení. Mimochodem, Philips také ne.

Prok12

14.06.2014 ve 21:35:59

myai napsal: Tyto transformátory produkují konstantní nepulsní napětí. Nejsem si jistý, že budou pracovat s lampami z vlastního katalogu. Mimochodem, je špatné, že na svém webu nemají informace o správném připojení. Mimochodem, Philips také ne.

Napsal jsem jim (OSRAM) dopis s otázkou: jak napájet jejich 12V LED žárovky? A také jsem psal o Paulmannovi. Zatím žádná odpověď.

luzgin

16.06.2014 ve 12:24:05

• transformátor pro halogenové žárovky Osram HTM 70/230…240

tento trans produkuje proměnnou (soudě podle jeho obrázku) LEDky potřebují konstantu

Prok12

16.06.2014 ve 13:45:12

• transformátor pro halogenové žárovky Osram HTM 70/230…240
• pět 12V LED žárovek Osram PARATHOM MR16

Právě jsem obdržel odpověď od společnosti OSRAM – přímo souvisí s vaší otázkou. *Děkujeme za dotaz a používání našich produktů.

V Technické příloze jsou informace o svítidlech – na čtvrtém listu – seznam transformátorů, u kterých jsme měli možnost zkontrolovat a ověřit stabilní provoz svítidel – dále je zde také seznam stmívačů.

Pokud jde o provoz lamp při konstantním napětí – ano, polaritu ve skutečnosti neuvádíme, protože na polaritě nezáleží – uvnitř lampy je usměrňovač a polarita na vstupu lamp není kritická.

Žárovky lze zapínat jak elektrickými, tak elektronickými transformátory. Obecným pravidlem je toto: pokud 2 LED žárovky o výkonu 5 Watt nahradí 2 halogenové žárovky o výkonu 35 Wattů, pak lze k 70W elektrickému transformátoru připojit pouze dvě LED žárovky s výkonem 5 Watt. V opačném případě začne elektronika transformátoru pracovat přerušovaně kvůli změně charakteru zátěže z aktivní (halogenové žárovky) na kapacitní (LED žárovky) Toto je obecné pravidlo – existují odchylky a můžete připojit 3 žárovky, ale tento bod je třeba zkontrolovat.

Nové technologie bohužel ne vždy přesně zapadají do „starého“ rámce.*

Nejsprávnější zapojení několika LED je v sérii. Nyní vysvětlím proč.

Faktem je, že určujícím parametrem jakékoli LED je její provozní proud. Je to proud procházející LED, který určuje, jaký bude výkon (a tedy jas) LED. Právě překročení maximálního proudu vede k nadměrnému zvýšení teploty krystalu a selhání LED – rychlému vyhoření nebo postupné nevratné destrukci (degradaci).

Hlavní je proud. Je to uvedeno v technických charakteristikách LED (datasheet). A v závislosti na proudu bude mít LED jedno nebo druhé napětí. Napětí lze nalézt i v referenčních údajích, ale většinou se uvádí ve formě určitého rozsahu, protože je podružné.

Podívejme se například na datový list LED 2835:

Jak vidíte, dopředný proud je jasně a jednoznačně indikován – 180 mA. Ale napájecí napětí LED při tomto proudu má určité rozdíly – od 2.9 do 3.3 voltů.

Ukazuje se, že pro nastavení požadovaného provozního režimu LED je nutné zajistit, aby jí protékal určitý proud. Proto k napájení LED diod musíte použít zdroj proudu, nikoli zdroj napětí.

Zdroj proudu (nebo generátor proudu) je zdroj elektrické energie, který udržuje konstantní proud zátěží změnou napětí na svém výstupu. Pokud se například zvýší odpor zátěže, zdroj proudu automaticky zvýší napětí, takže proud zátěží zůstane nezměněn a naopak. Zdroje proudu, které napájejí LED diody, se také nazývají ovladače.

Samozřejmě můžete k LED připojit stabilizovaný zdroj napětí (například výstup laboratorního zdroje), ale pak musíte přesně vědět, jakou hodnotu má napětí mít, abyste získali daný proud LED.

Například v našem příkladu s LED 2835 bychom na ni mohli aplikovat asi 2.5 V a postupně zvyšovat napětí, dokud se proud nestane optimálním (150-180 mA).

To lze provést, ale v tomto případě budete muset upravit výstupní napětí napájecího zdroje pro každou konkrétní LED, protože všechny mají technologické odchylky v parametrech. Pokud vám připojením k jedné LED 3.1V přicházel max. proud 180 mA, neznamená to, že výměnou LED za úplně stejnou ze stejné šarže ji nespálíte (protože proud přes ní při napětí 3.1V může snadno překročit maximální přípustnou hodnotu).

Kromě toho je nutné velmi přesně udržovat napětí na výstupu napájecího zdroje, což klade určité požadavky na jeho obvody. Překročení specifikovaného napětí o pouhých 10% je téměř zaručeno, že povede k přehřátí a selhání LED, protože proud překročí všechny představitelné hodnoty.

Zde je skvělá ilustrace výše uvedeného:

A nejnepříjemnější věc je, že vodivost jakékoli LED (což je v podstatě pn přechod) je velmi závislá na teplotě. V praxi to vede k tomu, že jak se LED zahřeje, začne proud skrz ni neúprosně narůstat. Chcete-li vrátit proud na požadovanou hodnotu, budete muset snížit napětí. Obecně platí, že bez ohledu na to, jak se na to díváte, se bez současné kontroly neobejdete.

Nejsprávnějším a nejjednodušším řešením by proto bylo použít k připojení LED proudový ovladač (aka zdroj proudu). A pak bude úplně jedno, jakou LEDku vezmeš a jaké na ní bude propustné napětí. Stačí najít ovladač pro požadovaný proud a je hotovo.

Nyní se vraťme k hlavní otázce článku – proč je zde sériové připojení a ne paralelní? Podívejme se, jaký je v tom rozdíl.

Paralelní připojení

Když jsou LED zapojeny paralelně, napětí na nich bude stejné. A protože neexistují dvě diody s naprosto identickými vlastnostmi, bude pozorován následující obrázek: přes nějakou LED poteče proud pod jmenovitou (a světlo bude tak tak), ale sousední LED poteče proud dvakrát vyšší než maximum a vyhoří za půl hodiny (nebo možná rychleji, pokud budete mít štěstí).

Je zřejmé, že takovému nerovnoměrnému rozdělení moci je třeba zabránit.

Aby se výrazně vyrovnalo rozšíření výkonnostních charakteristik LED, je lepší je připojit přes omezovací odpory. V tomto případě může být napájecí napětí výrazně vyšší než stejnosměrné napětí na LED. Jak připojit LED ke zdroji napájení je znázorněno na obrázku:

Problém tohoto zapojení LED je v tom, že čím větší je rozdíl mezi napájecím napětím a napětím na diodách, tím více zbytečné energie se rozptýlí v omezovacích rezistorech a tím pádem se snižuje účinnost celého obvodu.

Omezení proudu probíhá podle jednoduchého schématu: zvýšení proudu LED vede ke zvýšení proudu také rezistorem (protože jsou zapojeny do série). Pokles napětí na rezistoru se zvyšuje a na LED se odpovídajícím způsobem snižuje (protože celkové napětí je konstantní). Snížení napětí na LED automaticky vede k poklesu proudu. Tak to celé funguje.

Obecně se odpor rezistorů počítá pomocí Ohmova zákona. Podívejme se na konkrétní příklad. Řekněme, že máme LED se jmenovitým proudem 70 mA, provozní napětí při tomto proudu je 3.6 V (to vše přebíráme z datasheetu k LED). A musíme to připojit na 12 voltů. To znamená, že musíme vypočítat odpor rezistoru:

Ukazuje se, že pro napájení LED z 12 voltů ji musíte připojit přes 1-wattový odpor 120 ohmů.

Přesně stejným způsobem můžete vypočítat, jaký by měl být odpor rezistoru pro jakékoli napětí. Například pro připojení LED na 5 voltů musí být odpor odporu snížen na 24 ohmů.

Hodnoty rezistorů pro jiné proudy lze převzít z tabulky (výpočet byl proveden pro LED s stejnosměrným napětím 3.3 voltu):

UPete	ILED
	5 мА	10 мА	20 мА	30 мА	50 мА	70 мА	100 мА	200 мА	300 мА
5 Volt	340 Ohm	170 Ohm	85 Ohm	57 Ohm	34 Ohm	24 Ohm	17 Ohm	8.5 Ohm	5.7 Ohm
12 Volt	1.74 kΩ	870 Ohm	435 Ohm	290 Ohm	174 Ohm	124 Ohm	87 Ohm	43 Ohm	29 Ohm
24 voltů	4.14 kΩ	2.07 kΩ	1.06 kΩ	690 Ohm	414 Ohm	296 Ohm	207 Ohm	103 Ohm	69 Ohm

Při připojení LED na střídavé napětí (například do sítě 220 voltů) můžete zvýšit účinnost zařízení použitím nepolárního kondenzátoru (reaktance) namísto předřadného odporu (aktivní odpor). Tento bod jsme podrobně a s konkrétními příklady probrali v článku o připojení LED na 220 V.

Sériové připojení

Když jsou LED zapojeny do série, protéká jimi stejný proud. Na počtu LED nezáleží, může to být jen jedna LED, nebo to může být 20 nebo dokonce 100 kusů.

Například můžeme vzít jednu 2835 LED a připojit ji k 180mA driveru a LED bude fungovat normálně a bude dodávat svůj maximální výkon. Nebo můžeme vzít girlandu z 10 stejných LED a pak bude každá LED fungovat i v normálním pasovém režimu (ale celkový výkon lampy bude samozřejmě 10x větší).

Níže jsou dva spínací obvody LED, věnujte pozornost rozdílu napětí na výstupu ovladače:

Takže na otázku, jak by měly být LED zapojeny, sériově nebo paralelně, může být pouze jedna správná odpověď – samozřejmě sériová!

Počet LED zapojených do série je omezen pouze možnostmi samotného ovladače.

Perfektní řidič může neurčitě zvýšit napětí na jeho výstupu, aby zajistil požadovaný proud zátěží, takže k němu lze připojit nekonečné množství LED. Skutečná zařízení bohužel mají omezení napětí nejen shora, ale i zdola.

Zde je příklad hotového zařízení:

Vidíme, že ovladač je schopen regulovat výstupní napětí pouze v rozsahu 64 voltů. Pokud pro udržení daného proudu (106 mA) potřebujete zvýšit napětí nad 350 voltů, pak je to průšvih. Ovladač vydá své maximum (106V) a na tom již nezávisí, jaký bude proud.

A naopak k takovému ovladači LED nemůžete připojit příliš málo LED. Pokud k němu například připojíte řetězec 10 LED zapojených do série, ovladač nebude schopen snížit své výstupní napětí na požadovaných 32-36V. A všech deset LED s největší pravděpodobností jen shoří.

Přítomnost minimálního napětí se vysvětluje (v závislosti na provedení obvodu) omezením výkonu výstupního regulačního prvku nebo překročením omezujících generačních režimů pulsního měniče.

Samozřejmě, ovladače mohou být pro jakékoli vstupní napětí, ne nutně 220 voltů. Zde je například ovladač, který převede libovolný zdroj trvalý napětí (napájení) od 6 do 20 voltů do zdroje proudu 3 A:

To je vše. Nyní víte, jak zapnout LED (jednu nebo více) – buď přes odpor omezující proud, nebo pomocí ovladače pro nastavení proudu.

Jak vybrat správný ovladač?

Vše je zde velmi jednoduché. Stačí si vybrat podle tří parametrů:

1. výstupní proud;
2. maximální výstupní napětí;
3. minimální výstupní napětí.

Výstupní (provozní) proud ovladače LED – to je nejdůležitější vlastnost. Proud by se měl rovnat optimálnímu proudu pro LED.

Například jsme měli k dispozici 10 kusů plnospektrálních LED pro fytolampu:

Jmenovitý proud těchto diod je 700 mA (převzato z referenční knihy). Proto potřebujeme 700 mA proudový ovladač. No, nebo o něco méně, aby se prodloužila životnost LED diod.

Maximální výstupní napětí ovladače musí být větší než celkové dopředné napětí všech LED. U našich phytoLED je dopředné napětí v rozsahu 3 voltů. Vezmeme to na maximum: 4V x 4 = 10V. Náš ovladač musí mít výstupní napětí alespoň 40 voltů.

Minimální napětí, podle toho se vypočítá na základě minimální hodnoty propustného napětí na LED. To znamená, že by nemělo být větší než 3V x 10 = 30 voltů. Jinými slovy, náš ovladač musí být schopen snížit výstupní napětí na 30 voltů (nebo nižší).

Potřebujeme tedy vybrat budicí obvod navržený pro proud 650 mA (nechť je o něco menší než jmenovitý) a schopný vydávat napětí v rozsahu od 30 do 40 voltů podle potřeby.

Pro naše účely tedy bude fungovat něco takového:

Samozřejmě při výběru driveru lze rozsah napětí vždy rozšířit libovolným směrem. Například místo driveru s výstupem 30-40 V je perfektní ten, který produkuje od 20 do 70 Voltů.

Příklady ovladačů, které jsou ideálně kompatibilní s různými typy LED, jsou uvedeny v tabulce:

LED diody	Jaký ovladač je potřeba
60 mA, 0.2 W (SMD 5050, 2835)	viz diagram na TL431
150 mA, 0.5 W (SMD 2835, 5630, 5730)	ovladač 150mA, 9-34V (lze současně připojit 3 až 10 LED)
300 mA, 1 W (smd 3528, 3535, 5730-1, LED 1W)	ovladače 300mA, od 3 do 135V (respektive od 1 do 36 LED zapojených v sérii)
700 mA, 3 W (LED 3W, fyto-LED)	ovladač 700mA (pro 6-10 LED)
3000 mA, 10 wattů (XML2 T6)	budič 3A, 21-34V (pro 7-10 LED) nebo viz schéma

Mimochodem, pro správné zapojení LED není vůbec nutné kupovat hotový ovladač, stačí vzít nějaký vhodný zdroj (například nabíječku na telefon) a na jeden našroubovat jednoduchý stabilizátor proudu tranzistor nebo na LM317.

Z tohoto článku lze převzít hotové obvody stabilizátoru proudu pro LED.