Nashidvery.ru

Наши Двери
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Как защитить светодиоды по току

Как защитить светодиоды по току

EDN 2011 июнь, 23

Добавив пару диодов и транзистор к токовому зеркалу можно предотвратить выход из строя светодиодов

Общий способ питания нескольких светодиодов заключается в том, что их соединяют в две независимые гирлянды, которые включают параллельно. При этом схема управления получается недорогой и простой, и к тому же напряжение питания обеих включённых параллельно гирлянд требуется в два раза меньше, чем при питании одной большой гирлянды. Однако схема управления в этом случае должна обеспечить в два раза больший ток, и кроме того, нужна ещё схема, разветвляющая ток для питания обеих гирлянд, и не зависимая от прямого падения напряжения на светодиодах. Величина допуска на прямое падения напряжения светодиода достигает 20%, и это напряжение изменяется при изменении температуры и из-за старения светодиодов.

Корпуса транзисторов Q1 и Q2 должны быть соединены вместе для обеспечения температурной связи.

С задачей разветвления тока хорошо справляется токовое зеркало. Но выход из строя любого светодиода приводит к увеличению токовым зеркалом тока, что ведёт к разрушительным последствиям. Токовое зеркало, однако, может частично защитить две параллельных светодиодных гирлянды, состоящих из любого количества 350-мА светодиодов от возникновения недопустимо больших токов (Рисунок 1).

Эта схема может выравнивать токи между гирляндами с точностью примерно 2%, такая точность обусловлена падениями напряжений по 0,5 вольт на резисторах в цепях эмиттеров, R1 и R2 номиналом по 1,5 Ом, имеющих точность 1%. Падение напряжения на резисторе R3 компенсирует несовпадение падений напряжений на гирляндах светодиодов и поддерживает рабочие точки транзисторы Q1 и Q2 в линейной области. Это падение напряжения зависит от того, из скольких светодиодов состоят обе гирлянды.

Если какой-либо из светодиодов второй гирлянды выходит из строя (обрыв), то базовый ток транзисторов Q1 и Q2 прекращается, и транзисторы выключаются, прохождение тока по первой гирлянде прекращается. Если же выходит из строя светодиод в первой гирлянде (тоже обрыв), то теперь в два раза больший ток (700 мА) будет протекать через вторую гирлянду, что гарантировано выведет её из строя. Поэтому необходима защита второй гирлянды. Эта задача решается добавлением всего трёх компонент (Рисунок 2).

При нормальной работе транзистор Q3 находится в линейном режиме при напряжении эмиттер-коллектор, равном 0,7 вольт, потому что по обоим диодам D1 и D2 протекает ток в прямом направлении. Мощность, рассеиваемая на транзисторе Q3 составляет всего лишь около 0,5 Вт, поэтому нет нужды в радиаторе. Ток источника питания 700 мА, поступающий с коллектора Q3, делится пополам между гирляндами светодиодов с помощью направляющего диода D2 и помощью токового зеркала. Если какой-нибудь из светодиодов в гирлянде 1 выходит из строя, то диод D2 блокирует базовый ток транзистора Q3, выключая его. Ток источника питания прекращает поступать на гирлянду 2, что её и спасает.

Необходимо компенсировать падение напряжения на диоде D2, равное 0,7 вольт путём небольшого увеличения значения сопротивления резистора R3. Токовое зеркало может быть адаптировано под любые типы светодиодов, главное что бы не было превышения максимальных токов транзисторов, который составляют 1,5 А. Работа токового зеркала может быть проверена любым источником тока для питания светодиодов, или стабилизатором напряжения, включённым как двухполюсный источник тока, например LM317, производства National Semiconductor.

Читайте так же:
Микросхема ocp8128 уменьшить ток подсветки 1

Схема была испытана с использованием интегрального стабилизатора, работающего в качестве источника тока 700 мА с пятью светодиодами в каждой из гирлянд.

Перегорают светодиоды? Делаем простейший драйвер своими руками.

…оооооочень много раз мне пришлось столкнуться с проблемой перегоревших светодиодов, установленных где-либо в машине…началось всё это с лампочек в габаритах, потом постоянно горела подсветка приборки, потом подсветка блока отопителя, багажника и т.д…

Львиной долей нубов используется линейный стабилизатор напряжения L7812CV и его аналоги КРЕН, что, естественно, никакого толка не даёт и светики горят, как ни в чем не бывало 🙂

Вот он, виновник торжества.

…хотя…его вины тут нет. Виноваты тут далекие от электроники люди, которые слишком мало копали, прежде, чем что-то сделать…

Начнем с того, что светодиоды сгорают от скачков тока, а не напряжения.

"Светодиод питается ТОКОМ. Нет у него параметра НАПРЯЖЕНИЕ. Есть параметр — падение напряжения! То есть сколько на нем теряется.
Если написано на светодиоде 20мА 3.4В, то это значить что ему надо не больше 20 миллиампер. И при этом на нем потеряется 3.4 вольта.
Не для питания нужно 3.4 вольта, а просто на нем «потеряется»!
То есть вы можете питать его хоть от 1000 вольт, только если подадите ему не больше 20мА. Он не сгорит, не перегреется и будет светить как надо, но после него останется уже на 3.4 вольта меньше. Вот и вся наука.
Ограничьте ему ток — и он будет сыт и будет светить долго и счастливо."

Теперь понятно, почему со стабами типа L7812CV постоянно все перегорает?
Да, стабилизация нужна по току, а не по напряжению и делается это токоограничивающими резисторами или линейными/импульсными стабилизаторами ТОКА!

Ладно, поехали дальше.
В связи с тем, что сейчас у меня висит 4 проекта по фарам, которые будут делаться на очень дорогостоящих COB кольцах (которые ещё дороже стали с учетом долбанного курса валют) стабилизация таковых просто жизненно необходима…

Вот как оно выглядит

Вы спросите сейчас, а нафига драйвер, если вон он, уже висит и все стабилизирует.
Ну да, я тоже так думал, а на деле оказалось, что там те же самые стабилизаторы напряжения стоят (у одного из клиентов одно кольцо уже начало моросить). Ну кто ж знал, что Китайцы в плане драйверов решили сэкономить.

Итак, делаем простейший драйвер.

Берем идеальную автомобильную сеть 12 Вольт и считаем какой нам нужен резистор на примере COB кольца, мощностью 5 Вт.

Мы можем узнать силу тока, потребляемую электроприбором зная его мощность и напряжение питания.
Потребляемый ток равен мощности деленной на напряжение в сети.
COB кольцо потребляет 5 Вт. Напряжение в идеальном автомобиле 12 Вольт.
Если считать не умеете, то можно посчитать тут
ydoma.info/electricity-zakon-oma.html
Получаем 420 милиампер потребляемого тока таким колечком.
дальше идем сюда
ledcalc.ru/lm317
вводим требуемый ток 420 милиампер и получаем:
Расчетное сопротивление: 2.98 Ом
Ближайшее стандартное: 3.30 Ом
Ток при стандартном резисторе: 379 мА
Мощность резистора: 0.582 Вт.

ЭТО РАСЧЕТ РАБОТАЕТ, КОГДА ВЫ ТОЧНО УВЕРЕНЫ В ХАРАКТЕРИСТИКАХ СВЕТОДИОДА, ЕСЛИ НЕТ, ТО ДЕЛАЕМ ЗАМЕР ПОТРЕБЛЕНИЯ ТОКА МУЛЬТИМЕТРОМ!
КАК ЭТО ДЕЛАТЬ, СМОТРИМ ТУТ!
К слову, выше расчет, где я взял спецификацию диода от китайца, является неверным, ибо при замере фактическое потребление тока оказалось не 420 мА, а 300мА. Потому сразу можно сделать вывод, что пятью ваттами там и не пахнет 🙂

Читайте так же:
Выключатель света фар мерседес

Дальше идем в магазин и покупаем:
-LM317. Внешне как и LM7812. Корпус один, смысл несколько разный.

-Резистор, который посчитали выше

И подключаем это всё дело в режиме токового стабилизатора.

В итоге получили на выходе стабилизированный ток.
Но это для идеального случая. Что касается случая с реальным автомобилем, где скачки до 14 Вольт с копейками бывают, то рассчитывайте резистор для худшего случая с запасом.

Кто не могёт паять по схемам, то даю картинку, где все нарисовано более наглядно

Меры защиты от перегрузки по току и перенапряжения светодиодов

С развитием общества и растущей осведомленностью об энергосбережении и защите окружающей среды перспективы рынка светодиодных ламп будут великолепны. Рынок светодиодного освещения, который постоянно совершенствуется, нуждается в хороших технических характеристиках (освещение). Правильный дизайн оборудования является ключом к успеху продукта. , На начальном этапе при проектировании аппаратного оборудования в полной мере учитывается влияние различных факторов помех, которые обеспечат качество светильника. Соответствующая конструкция защиты от перенапряжения и перегрузки по току для аппаратного оборудования может значительно улучшить его срок службы и сократить срок службы. Расходы на техническое обслуживание, чтобы лучше удовлетворить потребности людей.

Перенапряжение и перегрузка по току компонентов светодиодов не зависят от количества появлений или длительности энергии помех, поскольку любые перенапряжения и перегрузки по току могут вызвать повреждение светодиода. Это повреждение может проявляться в виде немедленного отказа устройства или в течение длительного времени после возникновения перенапряжения и перегрузки по току. Миниатюризация светодиодных чипов и усложнение электрической структуры светодиодных ламп усугубляют эту проблему.

Во-первых, явление перенапряжения светодиодов и перегрузки по току

При возникновении перенапряжения и перегрузок по току производительность компонентов может быть ухудшена или повреждена. Перенапряжение и перегрузка по току компонентов светодиодов не зависят от количества появлений или длительности энергии помех, поскольку любые перенапряжения и перегрузки по току могут вызвать повреждение светодиода. Это повреждение может проявляться в виде немедленного отказа устройства или в течение длительного времени после возникновения перенапряжения и перегрузки по току. Миниатюризация светодиодных чипов и усложнение электрической структуры светодиодных ламп усугубляют эту проблему. Существует два основных явления при перегрузках по напряжению и перегрузках по току светодиодной микросхемы в лампе:

а, внутренняя линия сварки стружки повреждена

Первый режим отказа, вызванный перенапряжением и помехой из-за сверхтока, — это повреждение линии сварки внутри пакета светодиодов. Этот ущерб обычно проявляется в виде разорванного провода. Кроме того, перенапряжения и перегрузки по току могут также привести к повреждению других материалов (таких как уплотнительные материалы или люминофоры), которые находятся вблизи линии сварки.

б, положение чип-площадки повреждено

Другой режим отказа, вызванный перенапряжением и помехой из-за перегрузки по току, состоит в том, что положение корпуса светодиодной микросхемы около площадки повреждено.

Во-вторых, основная причина перенапряжения и токовой помехи в светодиоде

Существует множество причин возникновения перенапряжения и перегрузок по току в светодиодных микросхемах, таких как помпаж, статическое электричество, помехи импульсного сигнала от другого оборудования, неправильные методы работы при сборке лампы и недостаточная точка заземления, вызывающая быстрое переключение тока и высокого напряжения. Вызывает перенапряжения и токовые помехи. Тем не менее, следующие два случая являются основными причинами перенапряжения и токовой помехи при производстве и использовании светодиодных ламп.

Читайте так же:
Кабель канал с розетками с потолка

а, электростатический разряд ESD

Электростатический разряд является неизбежным риском при производстве, транспортировке и обработке большинства электронных компонентов. Хотя большинство современных светодиодных чипов имеют антистатическую помехоустойчивую конструкцию напряжением 2 кВ, электростатический разряд все еще является основной причиной повреждения светодиодных чипов при производстве ламп.

б, кратковременная перегрузка

Кратковременная перегрузка, то есть входное напряжение или ток светодиода превышает его номинальное значение, такое как импульсное напряжение или удар молнии за короткое время. Перегрузка обычно длится только очень короткий период времени и обычно не превышает 500 мс. Подобное напряжение или ток называется пиковым или пиковым током. Кратковременная перегрузка является основной причиной повреждения светодиодной микросхемы при нормальном использовании светильника.

В-третьих, светодиодная защита от перенапряжения и перегрузки по току

1. Способ предотвращения повреждения светодиодов электростатическим разрядом

Электростатический разряд является скрытным убийцей светодиодных чипов. Каждый этап каждой стадии процесса производства светодиодного светильника может вызвать повреждение светодиода статическим электричеством. Электростатическая защита предназначена для устранения статического электричества или для контроля электростатического напряжения в допустимом диапазоне, чтобы он не причинял вреда. Основными мерами электростатической защиты при производстве являются:

а. Обеспечить статическую защиту производственного персонала и производственного оборудования в мастерской. (щит и земля)

б. Сделайте антистатические требования производственного цеха и окружающей среды в максимально возможной степени. (нейтрализация, увлажнение, экранирование и заземление)

с. Используйте электростатическую защиту (ESD) для защиты провода заземления каждого интерфейса от статического электричества. (электростатическая утечка, рассеяние)

В соответствии с вышеуказанными антистатическими мерами, работа по защите от статического электричества рассматривается как долгосрочная разработка системы для предотвращения любых ошибок или упущений. Кроме того, светодиодная микросхема имеет определенную антистатическую функцию помех, которая может эффективно предотвращать производственный процесс. Повреждение электростатического разряда на светодиодах.

2. Способ предотвращения перегрузки светодиодного чипа в течение короткого времени

Устройство, которое защищает от переходного перенапряжения или перегрузки по току, таких как кратковременная перегрузка, имеет диод TVS подавления переходных процессов, термистор MOV, SET-подавитель электростатического кремния и т.п. В настоящее время схема защиты от перегрузок светодиодных ламп делится на два типа: первый представляет собой схему защиты входной мощности, образованную комбинацией плавкого предохранителя, варистора MOV и диода TVS с переходными процессами, и обычно используется во входном порте электронной системы управления светодиодными лампами для предотвращения отказа светодиодов, вызванного кратковременным скачком напряжения питания во время нормальной работы. Второй тип представляет собой схему защиты от перегрузок с диодами подавления переходных процессов TVS и термистора с отрицательным температурным коэффициентом (NTC), которая обычно последовательно соединена со схемой освещения, состоящей из светодиодных чипов, для предотвращения повреждения светодиодов, вызванного моментом, когда светодиодные лампы находятся под напряжением. , Два метода обсуждаются отдельно ниже.

2.1 Схема защиты от повреждения светодиодов, вызванного мгновенным скачком напряжения питания

В схеме варистор MOV и диод TVS для подавления переходных процессов в основном используются для защиты от перенапряжения. Варистор представляет собой резистор с характеристиками напряжения с характеристиками симметрии напряжения и тока, который в основном используется для защиты электронных компонентов от пиков или пиков. Влияние тока. Варистор имеет высокий импеданс к защищенному электронному компоненту в нормальном состоянии и не меняет характеристики схемы, но импеданс варистора становится ниже, когда мгновенное пиковое напряжение появляется на напряжении пробоя варистора. (Всего несколько Ом) и закоротите исходную линию для защиты электроники или компонентов. Подключите варистор к входу питания светодиодного светильника, чтобы предотвратить сбой светодиода, вызванный мгновенными помехами при скачке напряжения во время нормальной работы. Как только напряжение сети возрастает во время нормальной работы, варистор мгновенно прерывает короткое замыкание, поглощая и выпуская энергию перенапряжения, тем самым эффективно предотвращая попадание перенапряжения в защищенную линию. В схеме используются два предохранителя Fuse1 и Fuse2. Предохранитель 1 используется на переднем конце варистора для предотвращения его сбоя и короткого замыкания, а также для подачи большого тока через молнию. Поэтому обычно используется плавкий плавкий предохранитель, который не выдерживает перегрузки и короткого замыкания; в то время как предохранитель 2 используется для предотвращения перегрузки, выбирается плавкий плавкий предохранитель, и пусковой ток не берется, и подходящий предохранитель может быть выбран в соответствии с номинальным током нагрузки. Задняя часть представляет собой диод TVS для подавления переходных процессов, который дополнительно поглощает и отбирает остаточную энергию переднего варистора. Лучшая защита внутренней нагрузки.

Читайте так же:
Выключатель под свет как подключить

2.2, для защиты светодиода от момента повреждения схемы защиты

Обычное явление перегрузки по току возникает, когда светодиодный светильник только находится под напряжением. Это явление называется пусковым током. Защита от пускового тока светодиодной лампы может быть реализована с помощью резистора NTC во внутренней цепи лампы. В частности, устройство NTC обеспечивает высокое значение сопротивления, чтобы защитить светодиод от повреждения пускового тока при включении светильника, а сопротивление резистора NTC падает до незначительного значения после времени перехода. Диодные переходные подавляющие TVS в решении обеспечивают путь для мгновенной энергии перенапряжения, чтобы защитить заднюю часть светодиода от воздействия.

2.3, схема защиты от разрыва цепи светодиодного фонаря (защита от обратной полярности питания)

Когда на входной клемме светодиода имеется импульс высокого напряжения, внутренняя микросхема и светодиодная лампа повреждены, и диод TVS может подавить импульс высокого напряжения и диапазон, который может выдержать схема конца зажима, тем самым устраняя помехи, вызванные входным концом. , OCP — это полупроводниковое устройство защиты от перенапряжения. При наличии статического электричества и перенапряжения на обоих концах борта лампы он может быть мгновенно поглощен и зажат, чтобы понизить напряжение, а когда разомкнутая цепь светодиода повреждена, ток не может протекать через поврежденный брус лампы. Напряжение источника питания все добавляется к OCP. Вскоре напряжение на OCP достигает своего напряжения переключения. OCP начинает работать, а затем напряжение снижается примерно до 1 В. Ток течет от OCP и проходит через другие светодиодные шарики. Бусины лампы снова загорелись. Когда цепь светодиодов перевернута, все защитные устройства OCP начнут проводить ток, шунтируя ток на этих защищенных светодиодах, чтобы защитить их от повреждения. После исправления обратного электрода протектор отключится и светодиод будет работать нормально.

Читайте так же:
Дополнительный выключатель света для детей

Защита цепочек мощных светодиодов от перегрузки по току

Светодиодные драйверы MEAN WELL для систем внутреннего освещения

Распространенным методом управления несколькими мощными светодиодами является использование двух параллельных цепочек. Эта недорогая и менее критичная к подбору компонентов схема драйвера способна обеспечивать более низкие напряжения. Однако драйвер должен быть в состоянии отдавать вдвое больший ток и нуждается в схеме, которая могла бы разделить его пополам, независимо от значений прямых напряжений светодиодов. Разброс прямых напряжений составляет 20%, и эти напряжения меняются с температурой, а также по мере старения светодиодов.

С этой задачей хорошо справляется токовое зеркало. Но если светодиод выходит из строя, это может привести к разрушительной перегрузке по току. Однако токовое зеркало может обеспечить частичную защиту двух параллельных цепочек, состоящих из любого количества мощных 350-миллиамперных светодиодов (Рисунок 1).

Рисунок 1.Использование токового зеркала может надежно защитить от разрушительной
токовой перегрузки две параллельные цепочки, состоящие из любого количества
мощных 350-миллиамперных светодиодов.

Благодаря равенству напряжений 0.5 В, падающих на эмиттерных резисторах R1 и R2 с сопротивлениями 1.5 Ом и допусками 1%, схема способна поддерживать баланс токов двух цепочек с ошибкой порядка 2%. Падение напряжения на резисторе R3 компенсирует несоответствие прямых напряжений светодиодов и удерживает рабочую точку транзисторов Q1 и Q2 в линейной области. Падение напряжения зависит от количества светодиодов в двух цепочках.

Если светодиод в Цепочке 2 выходит из строя, базовый ток транзисторов Q1 и Q2 прерывается, и они закрываются. Таким образом, все светодиоды Цепочки 1 автоматически будут защищены от перегрузки по току. Но при обрыве в Цепочке 1 схема эту функцию не выполняет, поскольку весь ток драйвера 700 мА пойдет в Цепочку 2, и ее необходимо как-то защитить. Добавив всего три компонента, эту проблему можно решить (Рисунок 2).

Рисунок 2.При обрыве светодиода в Цепочке 1 весь ток драйвера 700 мА
пойдет через Цепочку 2, что требует какой-то формы ее защиты.
Эту проблему можно решить добавлением всего трех компонентов.

В нормальном режиме транзистор Q3 работает в линейной области при напряжении коллектор-эмиттер 0.7 В, поскольку оба диода D1 и D2 смещены в прямом направлении. Мощность, рассеиваемая Q3, составляет всего порядка 0.5 Вт, поэтому в теплоотводе он не нуждается. Ток драйвера 700 мА, проходя через коллектор транзистора Q3, делится пополам между цепочками через диод D2, в соответствии со свойством токового зеркала. При обрыве светодиода в Цепочке 1 диод D2 блокирует базовый ток Q3, выключая транзистор. Ток драйвера проходить через Цепочку 2 больше не может, и светодиоды оказываются защищены.

Для компенсации прямого падения напряжения 0.7 В на диоде D2 необходимо слегка увеличить сопротивлением резистора R3. Токовое зеркало можно адаптировать для управления светодиодами любых типов, следя лишь за тем, чтобы не превысить максимально допустимые значения токов транзисторов, которые в данной схеме равны 1.5 А. Проверить работу этой схемы можно с любым источником постоянного тока 700 мА, или даже с помощью включенного источником тока стабилизатора напряжения, такого, например, как LM317, выпускаемый Texas Instruments. Схема была успешно испытана с регулятором LM317, работавшим как источник тока 700 мА с пятью светодиодами на строку.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector