Введение
Электрическая схема, используемая для питания светодиода В электронике светодиодная схема или светодиодный драйвер - это электрическая схема, используемая для питания светодиода (LED). Схема должна обеспечивать достаточный ток для включения светодиода с требуемой яркостью, но должна ограничивать ток, чтобы не повредить светодиод. Падение напряжения в светодиоде примерно постоянное в широком диапазоне рабочего тока; поэтому небольшое увеличение напряжения значительно увеличивает ток. Для светодиодов с низкой мощностью используются очень простые схемы. Более сложные схемы источника тока требуются при управлении светодиодами высокой мощности для освещения для достижения правильной регулировки тока.
In electronics, an LED circuit or LED driver is an electrical circuit used to power a light emitting diode (LED). The circuit must provide sufficient current to light the LED at the required brightness, but must limit the current to prevent damaging the LED. The voltage drop across an LED is approximately constant over a wide range of operating current; therefore, a small increase in applied voltage greatly increases the current. Very simple circuits are used for low power indicator LEDs. More complex, current source circuits are required when driving high power LEDs for illumination to achieve correct current regulation.
Основная схема
Простейшая схема для привода светодиода - через последовательный резистор. Он обычно используется для индикаторов и цифровых дисплеев во многих бытовых приборах. Однако эта схема не является энергоэффективной, потому что энергия рассеивается в резисторе в виде тепла. Светодиод имеет определенное падение напряжения при предполагаемом рабочем токе. Закон Ома и законы цепи Кирхгоффа используются для расчета соответствующего значения резистора, вычитая падение напряжения светодиода от напряжения питания и деля его на желаемый рабочий ток. При достаточно высоком напряжении питания несколько светодиодов в серии могут питаться одним резистором. Если напряжение подачи близко или равно напряжению вперед светодиода, то не может быть вычислен разумное значение для резистора, поэтому используется другой метод ограничения тока.
Учитывания источника питания
Характеристики напряжения и тока светодиода аналогичны любым диодам. Ток является примерно экспоненциальной функцией напряжения в соответствии с уравнением диода Шокли, и небольшое изменение напряжения может привести к большому изменению тока. Если напряжение ниже или равно пороговому значению, тока не поступает, и в результате светодиод не включается. Если напряжение слишком высокое, то ток превысит максимальную номинальную величину, перегреваясь и потенциально разрушая светодиод. Светодиодные драйверы предназначены для обработки флуктуационной нагрузки, обеспечивая достаточный ток для достижения требуемой яркости, не допуская поток вредных уровней тока. Драйверы могут быть постоянного тока (CC) или постоянного напряжения (CV). В драйверах постоянного тока напряжение меняется, а ток остается неизменным. Двигатели постоянного тока используются, когда электрическая нагрузка светодиодной цепи неизвестна или колеблется, например, в световой цепи, где может быть установлено изменяющееся количество светодиодных светильников. По мере нагрева светодиода его падение напряжения уменьшается (уменьшается полоса разрыва). Это может способствовать увеличению тока.
Драйверы MOSFET
Активный источник постоянного тока обычно используется для светодиодов высокой мощности, стабилизируя выход света в широком диапазоне входных напряжений, что может увеличить срок службы батарей. Активный постоянный ток обычно регулируется с помощью транзистора полевого эффекта металлического полупроводника (MOSFET), который является самым простым ограничителем тока. Регуляторы постоянного тока с низким выходом (LDO) также позволяют общему напряжению светодиода составлять большую часть напряжения источника питания. В светодиодных фонарях и бытовых светодиодных лампах используются источники питания с переключающим режимом (например, конвертеры buck, boost и buck boost). Мощные MOSFET обычно используются для переключения светодиодных драйверов, что является эффективным решением для управления светодиодами высокой яркости. Чипы интегральных схем мощности (IC) широко используются для непосредственного управления MOSFET без необходимости дополнительной схемы.
Полярность
В отличие от ламп накаливания, которые освещаются независимо от электрической полярности, светодиоды будут светиться только с правильной электрической полярностью. Когда напряжение через p n-соединение находится в правильном направлении, значительный ток протекает, и устройство, как говорят, смещено вперед. Если напряжение неправильной полярности, то устройство, как говорят, имеет обратный уклон, очень мало тока течет, и никакого света не излучается. Светодиоды могут работать с переменным током, но они будут светить только на половине цикла переменного тока, когда светодиод смещен вперед. Это заставляет светодиод включаться и выключаться на частоте источника питания переменного тока. Большинство светодиодов имеют относительно низкие номинальные напряжения обратного разрыва по сравнению со стандартными диодами, поэтому может быть легче, чем ожидалось, войти в этот режим и повредить светодиод из-за перетока. Однако, сокращение напряжения всегда меньше, чем разрывное напряжение, поэтому не требуется специальной защиты от реверса при управлении светодиодом непосредственно из источника переменного тока, когда ток ограничивается для работы с переходом вперед. Производитель обычно дает рекомендации о том, как определить полярность светодиода в информационном листе продукта. Однако нет стандартизации знаков полярности для поверхностных устройств.
Импульсная работа
Многие системы включают и выключают светодиоды, периодически или периодически подавая энергию. Пока частота мерцания больше порога слияния мерцания человека, а светодиод неподвижен относительно глаза, светодиод будет казаться непрерывно освещенным. Изменение соотношения включения и выключения импульсов известно как модуляция ширины импульса (PWM). В некоторых случаях драйверы на основе PWM более эффективны, чем драйверы постоянного тока или постоянного напряжения. В большинстве светодиодных таблиц указано максимальное постоянное токовое напряжение, безопасное для непрерывной работы. Часто они указывают какой-то более высокий максимальный импульсный ток, который безопасен для коротких импульсов, если диспетчер светодиода сохраняет импульс достаточно коротким, а затем отключает питание светодиода достаточно долго, чтобы светодиод остыл.
Светодиод как светодатчик
Помимо излучения, светодиоды могут использоваться в качестве фотодиодов для обнаружения света. Эта возможность может использоваться в различных приложениях, включая обнаружение окружающего света и двунаправленную связь. Как фотодиод, светодиод чувствителен к длинам волн, равным или меньшим, чем преобладающая длина волны, которую он излучает. Например, зеленый светодиод чувствителен к синему свету и некоторому зеленому свету, но не к желтому или красному свету. Эта реализация светодиодов может быть добавлена в конструкции с незначительными изменениями в схеме. Светодиод может быть мультиплексирован в такой цепи, так что он может использоваться как для излучения света, так и для обнаружения в разное время.