Tôi hiểu rằng tôi không thể kết nối đèn LED trực tiếp với pin vì nó sẽ hút quá nhiều dòng điện. Vì vậy, phải có một cái gì đó khác trong mạch để hạn chế dòng điện. Có những lựa chọn nào? Là một số phương pháp hiệu quả hơn so với những phương pháp khác?

Một đèn LED yêu cầu điện áp tối thiểu trước khi nó bật lên. Điện áp này thay đổi theo loại đèn LED, nhưng thường ở vùng lân cận 1,5V - 4,4V. Khi đạt được điện áp này, dòng điện sẽ tăng rất nhanh với điện áp, chỉ bị giới hạn bởi điện trở nhỏ của đèn LED. Do đó, bất kỳ điện áp nào cao hơn mức này sẽ dẫn đến một dòng điện rất lớn thông qua đèn LED, cho đến khi nguồn điện không thể cung cấp đủ dòng điện và điện áp bị trễ, hoặc đèn LED bị phá hủy.

Trên đây là một ví dụ về mối quan hệ hiện tại - điện áp cho đèn LED. Vì dòng điện tăng rất nhanh với điện áp, thông thường chúng ta có thể đơn giản hóa phân tích của mình bằng cách giả sử điện áp trên một đèn LED là một giá trị không đổi, bất kể dòng điện. Trong trường hợp này, 2V có vẻ đúng.

Thẳng qua pin

Không có pin là một nguồn điện áp hoàn hảo. Khi điện trở giữa các cực của nó giảm và mức vẽ hiện tại tăng lên, điện áp ở các cực của pin sẽ giảm. Do đó, có một giới hạn cho dòng điện mà pin có thể cung cấp. Nếu pin không thể cung cấp quá nhiều dòng điện để phá hủy đèn LED của bạn và pin sẽ không bị phá hủy bằng cách cung cấp dòng điện này, đặt đèn LED ngang qua pin là cách dễ nhất, hiệu quả nhất để làm điều đó.

Hầu hết các pin không đáp ứng các yêu cầu này, nhưng một số tế bào đồng xu thì có. Bạn có thể biết chúng từ đèn LED .

Dòng điện trở

Phương pháp đơn giản nhất để hạn chế dòng LED là đặt một điện trở nối tiếp. Chúng ta đã biết từ định luật Ohm rằng dòng điện qua một điện trở bằng với điện áp trên nó chia cho điện trở. Do đó, có một mối quan hệ tuyến tính giữa điện áp và dòng điện cho một điện trở. Đặt một điện trở nối tiếp với đèn LED phục vụ để làm phẳng đường cong dòng điện áp ở trên sao cho những thay đổi nhỏ trong điện áp cung cấp không làm cho dòng điện bắn lên triệt để. Hiện tại vẫn sẽ tăng, chỉ là không triệt để.

Giá trị của điện trở rất đơn giản để tính toán: trừ điện áp chuyển tiếp của đèn LED khỏi điện áp cung cấp của bạn và đây là điện áp phải nằm trên điện trở. Sau đó, sử dụng định luật Ohm để tìm điện trở cần thiết để có được dòng điện mong muốn trong đèn LED.

Nhược điểm lớn ở đây là điện trở làm giảm điện áp bằng cách chuyển đổi năng lượng điện thành nhiệt. Chúng ta có thể tính toán công suất trong điện trở với bất kỳ trong số này:

P = I 2 R P = E 2 /$P = IE$
$P = I^2 R$
$P = E^2/R$

Bất kỳ năng lượng trong điện trở là năng lượng không được sử dụng để làm cho ánh sáng. Vậy tại sao chúng ta không làm cho điện áp cung cấp rất gần với điện áp LED, vì vậy chúng ta không cần một điện trở rất lớn, do đó làm giảm tổn thất điện năng của chúng ta? Bởi vì nếu điện trở quá nhỏ, nó sẽ không điều tiết tốt dòng điện và mạch của chúng ta sẽ chịu sự thay đổi lớn về dòng điện với nhiệt độ, biến thể sản xuất và điện áp cung cấp, giống như chúng ta không có điện trở nào cả. Theo nguyên tắc thông thường, ít nhất 25% điện áp phải được thả trên điện trở. Do đó, người ta không bao giờ có thể đạt được hiệu suất cao hơn 75% với một điện trở loạt.

Bạn có thể tự hỏi nếu nhiều đèn LED có thể được đặt song song, chia sẻ một điện trở giới hạn dòng duy nhất. Bạn có thể, nhưng kết quả sẽ không ổn định, một đèn LED có thể làm hỏng tất cả dòng điện và bị hỏng. Xem tại sao chính xác không thể sử dụng một điện trở duy nhất cho nhiều đèn LED song song? .

Nguồn hiện tại tuyến tính

Nếu mục tiêu là cung cấp một dòng điện không đổi cho đèn LED, tại sao không tạo ra một mạch chủ động điều chỉnh dòng điện tới đèn LED? Đây được gọi là một nguồn hiện tại và đây là một ví dụ về một nguồn bạn có thể xây dựng với các phần thông thường:

Đây là cách nó hoạt động: Q2 có dòng điện cơ sở thông qua R1. Khi Q2 bật, một dòng điện lớn chạy qua D1, qua Q2 và qua R2. Khi dòng điện này chạy qua R2, điện áp trên R2 phải tăng (định luật Ohm). Nếu điện áp trên R2 tăng lên 0,6V, thì Q1 sẽ bắt đầu bật, đánh cắp dòng cơ sở từ Q2, giới hạn dòng điện trong D1, Q2 và R2.

Vì vậy, R2 kiểm soát hiện tại. Mạch này hoạt động bằng cách giới hạn điện áp trên R2 không quá 0,6V. Vì vậy, để tính giá trị cần thiết cho R2, chúng ta chỉ cần sử dụng định luật Ohm để tìm điện trở mang lại cho chúng ta dòng điện mong muốn ở mức 0,6V.

Nhưng những gì chúng ta đã đạt được? Bây giờ bất kỳ điện áp dư thừa chỉ được giảm trong Q2 và R2, thay vì một điện trở loạt. Không hiệu quả hơn nhiều, và phức tạp hơn nhiều. Tại sao chúng ta sẽ bận tâm?

Hãy nhớ rằng với một điện trở nối tiếp, chúng ta cần ít nhất 25% tổng điện áp để đi qua điện trở để có được quy định hiện hành đầy đủ. Mặc dù vậy, hiện tại vẫn thay đổi một chút với điện áp cung cấp. Với mạch này, dòng điện hầu như không thay đổi theo điện áp cung cấp trong mọi điều kiện. Chúng ta có thể đặt nhiều đèn LED nối tiếp với D1, sao cho tổng điện áp giảm là 20V. Sau đó, chúng tôi chỉ cần thêm 0,6V cho R2, cộng thêm một chút để Q2 có chỗ để làm việc. Điện áp cung cấp của chúng tôi có thể là 21,5V và chúng tôi chỉ lãng phí 1,5V vào những thứ không có đèn LED. Điều này có nghĩa là hiệu quả của chúng tôi có thể đạt tới . Điều đó tốt hơn nhiều so với 75% chúng ta có thể tập hợp được với một điện trở loạt.$20V / 21.5V = 93 \%$

Chế độ chuyển đổi Nguồn hiện tại

Đối với giải pháp cuối cùng, có một cách (về lý thuyết, ít nhất là) điều khiển đèn LED với hiệu suất 100%. Nó được gọi là nguồn cung cấp năng lượng chuyển đổi và sử dụng một cuộn cảm để chuyển đổi bất kỳ điện áp nào thành chính xác điện áp cần thiết để điều khiển đèn LED. Đây không phải là một mạch đơn giản và chúng tôi không thể làm cho nó hoàn toàn hiệu quả 100% trong thực tế vì không có thành phần thực sự nào là lý tưởng. Tuy nhiên, được thiết kế hợp lý, điều này có thể hiệu quả hơn nguồn dòng tuyến tính ở trên và duy trì dòng điện mong muốn trên một phạm vi điện áp đầu vào rộng hơn.

Đây là một ví dụ đơn giản có thể được xây dựng với các phần thông thường:

Tôi sẽ không tuyên bố rằng thiết kế này rất hiệu quả, nhưng nó phục vụ để thể hiện nguyên tắc hoạt động. Đây là cách nó hoạt động:

U1, R1 và C1 tạo ra sóng vuông. Điều chỉnh R1 điều khiển chu kỳ và tần số làm việc, và do đó, độ sáng của đèn LED.

Khi đầu ra (chân 3) ở mức thấp, Q1 được bật. Dòng điện chạy qua cuộn cảm, L1. Dòng điện này phát triển khi năng lượng được lưu trữ trong cuộn cảm.

Sau đó, đầu ra đi lên cao. Q1 tắt. Nhưng một cuộn cảm hoạt động như một bánh đà cho hiện tại. Dòng điện chạy trong L1 phải tiếp tục chảy và cách duy nhất để làm điều đó là qua D1. Năng lượng được lưu trữ trong L1 được chuyển đến D1.

Đầu ra xuống thấp trở lại, và do đó mạch luân phiên giữa việc lưu trữ năng lượng trong L1 và thải nó vào D1. Thực tế, đèn LED nhấp nháy nhanh, nhưng ở khoảng 25kHz, nó không nhìn thấy được.

Điều gọn gàng về vấn đề này là không quan trọng điện áp cung cấp của chúng ta là gì, hay điện áp chuyển tiếp của D1 là gì. Trên thực tế, chúng ta có thể đặt nhiều đèn LED nối tiếp với D1 và chúng vẫn sáng, ngay cả khi tổng điện áp chuyển tiếp của đèn LED vượt quá điện áp cung cấp.

Với một số mạch bổ sung, chúng ta có thể tạo một vòng phản hồi theo dõi dòng điện trong D1 và điều chỉnh hiệu quả R1 cho chúng ta, vì vậy đèn LED sẽ duy trì cùng độ sáng trên một loạt các điện áp cung cấp. Tiện dụng, nếu bạn muốn đèn LED luôn sáng khi pin yếu. Thay thế U1 bằng một vi điều khiển và thực hiện một số điều chỉnh ở đây và ở đó để làm cho điều này hiệu quả hơn, và bạn thực sự có một cái gì đó.

Có một cách khác, ít thấy hơn nhiều. Tốt cho một đèn LED, rất đơn giản, bạn có thể ném bất cứ thứ gì từ khoảng 4v đến 20v vào nó, và nó vui vẻ cung cấp cho đèn LED một dòng điện khá ổn định.

Màu xanh là điện áp đầu vào, 20v đến 4v. Màu xanh lá cây là dòng điện cho đèn LED, khoảng 12mA. Màu đỏ là sức mạnh tiêu tan bởi JFE, bảng dữ liệu ở đây .

Dưới đây là bộ sưu tập các tùy chọn trình điều khiển LED mà bạn có thể chơi.

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

điều đó không hoàn toàn đúng - vì nó phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố.

Vấn đề với đèn led là 1) một khi chúng bắt đầu tiến hành, điện áp tăng một chút sẽ tạo ra sự gia tăng rất lớn về dòng điện. với sự kết hợp đúng, điều đó có thể có nghĩa là thiệt hại; 2) khi các đèn led nóng lên, điện áp chuyển tiếp của chúng giảm xuống, điều này làm cho dòng điện qua các đèn led tăng lên. điều đó làm cho công suất tiêu tán trên đèn led tăng lên và đèn led nóng lên. dẫn đến một vòng luẩn quẩn.

Vì vậy, một cách để tránh điều đó là đưa ra phản hồi tiêu cực để khi dòng điện trong led tăng lên, điện áp trên các led giảm xuống.

nhiều cách để làm điều đó điện trở, cảm biến, điều khiển hoạt động, vv